JPH09311024A - Shape measuring device - Google Patents

Shape measuring device

Info

Publication number
JPH09311024A
JPH09311024A JP12938896A JP12938896A JPH09311024A JP H09311024 A JPH09311024 A JP H09311024A JP 12938896 A JP12938896 A JP 12938896A JP 12938896 A JP12938896 A JP 12938896A JP H09311024 A JPH09311024 A JP H09311024A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
measured
stage
laser interferometer
shape measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP12938896A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3532347B2 (en
Inventor
Toshiyuki Izeki
敏之 井関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP12938896A priority Critical patent/JP3532347B2/en
Publication of JPH09311024A publication Critical patent/JPH09311024A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3532347B2 publication Critical patent/JP3532347B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure a shape by eliminating an Abbe error by a constitution wherein a reference mirror and a laser interferometer are provided so that a center axis of a length-measuring passage passes through a measuring point of an object to be measured and is in conformity with a straight line which is in parallel to an axis direction. SOLUTION: A laser interferometer 23, an emission section 33a of an optical cable 33 and a receiver 25 are provided on an upper face of a plane member 12a of a Y stage 12 so that a center axis of a length-measuring passage formed between the laser interferometer 23 for measuring an X coordinate and a reference plane mirror 31 passes through a measuring point P of a displacement meter 1 and is in parallel to an X axis direction of the XY stage 10. A laser interferometer 24, an emission section 34a of an optical fiber cable 34 and a receiver 26 are provided on the upper face of the Y stage 12 so that a center axis of a length-measuring passage formed between the laser interferometer 24 for measuring a Y coordinate and a reference plane mirror 32 passes through the measuring point P of the displacement meter 1 and is in parallel to a Y axis direction of the XY stage 10.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の表面形状を
測定する形状測定装置に係り、特に、レーザ干渉測長器
を備え、物体の表面形状を高精度に測定する形状測定装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring apparatus for measuring the surface shape of an object, and more particularly to a shape measuring apparatus equipped with a laser interferometer to measure the surface shape of an object with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、物体の表面形状を測定する形状測
定装置として、例えば互いに略直交した2軸あるいは3
軸方向にそれぞれ独立に移動する移動台に被測定物の表
面の測定点を検出する変位計を設け、この変位計が測定
点の検出信号を略一定に保ちつつ被測定物の表面の測定
面を移動するように移動台を移動させ、この移動台の移
動軌跡に基づいて被測定物の表面形状を測定する形状測
定装置が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a shape measuring apparatus for measuring the surface shape of an object, for example, two axes or three axes that are substantially orthogonal to each other
A displacement meter that detects the measurement point on the surface of the object to be measured is provided on a movable table that moves independently in the axial direction, and this displacement meter keeps the detection signal at the measurement point substantially constant while measuring the surface of the object to be measured. There is known a shape measuring device that moves a moving table so as to move the moving table and measures the surface shape of the object to be measured based on the movement trajectory of the moving table.

【0003】この種の形状測定装置としては、例えば図
7に示されるものがある。図7において、1は光学式の
変位計、10はXステージ11およびYステージ12か
らなるXYステージ10であり、変位計1はYステージ
12の上面に固定されている。また、被測定物2はXY
ステージ10外部の被測定物セット台3に固定されてい
る。13はXステージ11をX軸方向に移動するアクチ
ュエータ、14はYステージ12をY軸方向に移動する
アクチュエータであり、15および16はそれぞれアク
チュエータ13および14を駆動するコントローラドラ
イバである。
An example of this type of shape measuring apparatus is shown in FIG. In FIG. 7, 1 is an optical displacement meter, 10 is an XY stage 10 composed of an X stage 11 and a Y stage 12, and the displacement meter 1 is fixed to the upper surface of the Y stage 12. Further, the DUT 2 is XY
It is fixed to the object set table 3 outside the stage 10. 13 is an actuator that moves the X stage 11 in the X axis direction, 14 is an actuator that moves the Y stage 12 in the Y axis direction, and 15 and 16 are controller drivers that drive the actuators 13 and 14, respectively.

【0004】X軸方向と平行なXステージ11の一側面
側には、Xステージ11の側面に取付けられたメインス
ケール17aと装置本体に取付けられたインデックスス
ケール17bとからなるリニアエンコーダ17が設けら
れ、XYステージ10のX軸方向の移動量が検出される
ようになっている。また、Y軸方向と平行なYステージ
12の一側面側には、Yステージ12の側面に取付けら
れたメインスケール18aとXステージ11に一体的に
取付けられたインデックススケール18bとからなるリ
ニアエンコーダ18が設けられ、XYステージ10のY
軸方向の移動量が検出されるようになっている。
A linear encoder 17 including a main scale 17a attached to the side surface of the X stage 11 and an index scale 17b attached to the apparatus main body is provided on one side surface side of the X stage 11 parallel to the X axis direction. , The amount of movement of the XY stage 10 in the X-axis direction is detected. Further, on one side surface side of the Y stage 12 parallel to the Y axis direction, a linear encoder 18 including a main scale 18a attached to the side surface of the Y stage 12 and an index scale 18b integrally attached to the X stage 11. Is provided, and the Y of the XY stage 10
The amount of movement in the axial direction is detected.

【0005】19は変位計1から出力された検出信号に
基づいてXYステージ10を移動する信号をコントロー
ラドライバ15、16に出力するとともに、リニアエン
コーダ17、18により検出されたXYステージ10の
移動量を入力し、得られた移動量に基づいてXYステー
ジ10の移動軌跡を解析して被測定物2の表面形状を特
定するものであり、例えばパーソナルコンピュータによ
り構成されている。
Reference numeral 19 outputs a signal for moving the XY stage 10 to the controller drivers 15 and 16 based on the detection signal output from the displacement meter 1 and the amount of movement of the XY stage 10 detected by the linear encoders 17 and 18. Is input and the movement trajectory of the XY stage 10 is analyzed based on the obtained movement amount to specify the surface shape of the DUT 2, and is configured by, for example, a personal computer.

【0006】この形状測定装置は、変位計1が被測定物
2の表面に沿って測定点を移動するようにXYステージ
10を移動させ、このXYステージ10の移動量をリニ
アエンコーダ17、18により検出することで、被測定
物2のX軸およびY軸を通るXY平面と平行する平面に
おける被測定物の形状を間接的に測定するものである。
In this shape measuring apparatus, the XY stage 10 is moved so that the displacement meter 1 moves the measuring point along the surface of the object 2 to be measured, and the moving amount of the XY stage 10 is adjusted by the linear encoders 17 and 18. By detecting, the shape of the measured object in a plane parallel to the XY plane passing through the X axis and the Y axis of the measured object 2 is indirectly measured.

【0007】その動作を詳しく説明すると、図8(a)
に示すように、まず、被測定物2をセット台3にセット
し、被測定物2の測定開始点P0を通るY軸上に変位計
1を移動するようXYステージ10がX方向に移動され
る。次いで、図8(b)に示すように、被測定物2の測
定開始点P0が変位計1の測定可能範囲に入るようにX
Yステージ10がY軸方向に移動される。次いで、図8
(c)に示すように、被測定物2と変位計1とが一定の
距離を保つよう(変位計1の測定可能範囲に入るよう)
に、Xステージ11が図中上方向(X軸方向)に、Yス
テージ12が図中左右方向(Y軸方向)に移動され、X
Yステージ10の移動量S1およびS2が検出される。
そして、パーソナルコンピュータ19により得られた移
動量に基づいてXYステージ10の移動軌跡が解析され
て被測定物2の表面形状が特定される。
The operation will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, first, the DUT 2 is set on the setting table 3, and the XY stage 10 is moved in the X direction so as to move the displacement meter 1 on the Y axis passing through the measurement start point P0 of the DUT 2. It Then, as shown in FIG. 8B, X is set so that the measurement start point P0 of the DUT 2 is within the measurable range of the displacement meter 1.
The Y stage 10 is moved in the Y axis direction. Then, FIG.
As shown in (c), the object to be measured 2 and the displacement meter 1 are kept at a constant distance (to be in the measurable range of the displacement meter 1).
The X stage 11 is moved upward in the figure (X axis direction), and the Y stage 12 is moved left and right in the figure (Y axis direction).
The movement amounts S1 and S2 of the Y stage 10 are detected.
Then, the movement trajectory of the XY stage 10 is analyzed based on the movement amount obtained by the personal computer 19, and the surface shape of the DUT 2 is specified.

【0008】しかしながら、図7に示された従来の形状
測定装置にあっては、XYステージ10の移動量の検出
にリニアエンコーダ17、18を用いており、XYステ
ージ10のガイド等の駆動部に高度の真直度(直線性)
が要求されていた。XYステージ10の移動に伴う機械
的な誤差が被測定物2の誤差となってしまうからであ
る。
However, in the conventional shape measuring apparatus shown in FIG. 7, the linear encoders 17 and 18 are used to detect the moving amount of the XY stage 10, and the linear encoders 17 and 18 are used as a drive unit such as a guide of the XY stage 10. Altitude straightness (linearity)
Was required. This is because the mechanical error caused by the movement of the XY stage 10 becomes the error of the DUT 2.

【0009】例えば、Xステージ11のガイド中心軸が
測定開始点Pに対しY軸方向に変位+δだけずれていた
とすると、被測定物2と変位計1とが一定の距離を保つ
ようにYステージ12がY軸方向に−δだけ移動され、
この移動量−δが被測定物2の表面形状として測定され
ることになる。このため、XYステージ10やそのガイ
ド等の部材は真直度(直線性)が要求され、例えば静圧
空気案内が必要あり、測定装置が高価となってしまうと
いう問題があった。
For example, if the center axis of the guide of the X stage 11 is displaced from the measurement start point P by a displacement + δ in the Y axis direction, the Y stage is arranged so that the object to be measured 2 and the displacement meter 1 are kept at a constant distance. 12 is moved by −δ in the Y-axis direction,
This movement amount −δ is measured as the surface shape of the DUT 2. Therefore, straightness (linearity) is required for the members such as the XY stage 10 and the guides thereof, for example, static pressure air guide is required, and there is a problem that the measuring device becomes expensive.

【0010】そこで、XYステージの移動量を検出する
手段として、レーザ干渉測長器を用いた形状測定装置が
知られている。この種の形状測定装置としては、例えば
図9に示されるものがある。なお、図7に示された構成
と同様のものには、同一符号を付して説明を省略する。
また、同図では、パーソナルコンピュータ、2つのコン
トローラドライバ等は省略している。
Therefore, as a means for detecting the amount of movement of the XY stage, a shape measuring device using a laser interferometer is known. An example of this type of shape measuring device is shown in FIG. The same components as those shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
Further, in the same figure, a personal computer, two controller drivers and the like are omitted.

【0011】図9において、20はX座標およびY座標
測定用の基準ミラーであり、反射面20aおよび反射面
20bは高精度に互いに直角をなすように形成され、そ
れぞれXYステージ10のX軸方向およびY軸方向に直
交するようにXYステージ10上にセットされている。
21は周波数安定化レーザ光源であり、この光源21か
ら発せられたレーザ光はプリズム22により2方向に分
割され、それぞれX座標測定用のレーザ干渉計23およ
びY座標測定用のレーザ干渉計24に射出される。レー
ザ干渉計23に入射されたレーザ光は基準ミラー20の
反射面20aとの間で2往復してレシーバ25に受光さ
れ、レーザ干渉計24に入射されたレーザ光は基準ミラ
ー20の反射面20bとの間で2往復してレシーバ26
に受光される。レシーバ25および26に受光された干
渉信号は図示しないパーソナルコンピュータに入力さ
れ、これらの干渉信号に基づいてXYステージ10の移
動軌跡が解析されて被測定物2の表面形状が特定され
る。
In FIG. 9, reference numeral 20 is a reference mirror for measuring the X coordinate and the Y coordinate, and the reflecting surface 20a and the reflecting surface 20b are formed so as to form a right angle with each other with high precision, and each of them is in the X axis direction of the XY stage 10. And on the XY stage 10 so as to be orthogonal to the Y-axis direction.
Reference numeral 21 denotes a frequency-stabilized laser light source, and the laser light emitted from this light source 21 is divided into two directions by a prism 22, and is respectively divided into a laser interferometer 23 for X coordinate measurement and a laser interferometer 24 for Y coordinate measurement. Is ejected. The laser light incident on the laser interferometer 23 makes two round trips with the reflecting surface 20a of the reference mirror 20 and is received by the receiver 25, and the laser light incident on the laser interferometer 24 is reflected on the reflecting surface 20b of the reference mirror 20. 2 round trips to and from the receiver 26
Received. The interference signals received by the receivers 25 and 26 are input to a personal computer (not shown), and the movement trajectory of the XY stage 10 is analyzed based on these interference signals to identify the surface shape of the DUT 2.

【0012】この形状測定装置では、XYステージ10
の外部に配設されたレーザ干渉計23および24とXY
ステージ10上の固定された基準ミラー20とによりX
Yステージ10のX軸方向およびY軸方向の移動量を測
定するので、リニアエンコーダを用いた場合のように、
XYステージ10の移動に伴う真直度の誤差の影響を排
除することができる。
In this shape measuring apparatus, the XY stage 10
Laser interferometers 23 and 24 and XY arranged outside the
X by the fixed reference mirror 20 on the stage 10.
Since the amount of movement of the Y stage 10 in the X axis direction and the Y axis direction is measured, as in the case of using a linear encoder,
It is possible to eliminate the influence of the straightness error due to the movement of the XY stage 10.

【0013】例えば、Xステージ11のガイド中心軸が
測定開始点Pに対しY軸方向に変位+δだけずれていた
とすると、被測定物2と変位計1とが一定の距離を保つ
ようにYステージ12がY軸方向に−δだけ移動される
が、レーザ干渉計24から見た基準ミラー20の反射面
20bの位置は変化しないからである。また、この種の
形状測定装置としては、特開平4−29206号公報記
載の超高精度三次元測定機が報告されている。この測定
機は、定盤1上にXYテーブル2を設け、XYテーブル
2上に架台3を設け、架台3上にZ軸移動台5およびレ
ーザ干渉測長器を設けており、さらに定盤1上支持体8
を設け、この支持体8を介してZ軸移動台の上方に水平
ミラーをX−Y軸基準面9として設けている。そして、
定盤1に固定された被測定物7の被測定面とその上方に
位置するZ軸移動台上の特定点との距離Z1、並びに、
X−Y軸基準面9とその下方に位置するZ軸移動台5上
の特定点との距離Z2を測定して被測定物7の形状を求
めることにより、Z軸方向の真直度不足の影響を排除し
つつ大型の被測定物を測定可能にしている。
For example, if the center axis of the guide of the X stage 11 is displaced from the measurement starting point P by the displacement + δ in the Y axis direction, the Y stage is arranged so that the object to be measured 2 and the displacement meter 1 are kept at a constant distance. This is because 12 is moved by −δ in the Y-axis direction, but the position of the reflecting surface 20b of the reference mirror 20 seen from the laser interferometer 24 does not change. Further, as this type of shape measuring device, an ultra-high precision three-dimensional measuring machine described in JP-A-4-29206 is reported. In this measuring machine, an XY table 2 is provided on a surface plate 1, a pedestal 3 is provided on the XY table 2, a Z-axis moving table 5 and a laser interference length measuring device are provided on the pedestal 3. Upper support 8
A horizontal mirror is provided as an XY axis reference plane 9 above the Z axis moving base via this support 8. And
A distance Z1 between the surface to be measured of the object 7 to be measured fixed to the surface plate 1 and a specific point on the Z-axis moving table located above the surface, and
Influence of insufficient straightness in the Z-axis direction by measuring the distance Z2 between the XY-axis reference plane 9 and a specific point on the Z-axis moving table 5 located below the reference plane 9 to obtain the shape of the DUT 7. It is possible to measure a large object under measurement while eliminating.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図9に
示された従来の形状測定装置にあっては、XYステージ
の移動時に発生するヨーイングやピッチング等に起因す
るいわゆるアッベ誤差を排除して測定することができ
ず、このアッベ誤差の影響を極力小さくするために、X
Yステージやそのガイド等の部材は真直度(直線性)が
要求され、例えば静圧空気案内が必要あり、測定装置が
高価となってしまうという問題があった。
However, in the conventional shape measuring apparatus shown in FIG. 9, the so-called Abbe error caused by yawing, pitching, etc., which occurs when the XY stage is moved, is excluded from the measurement. However, in order to minimize the effect of this Abbe error, X
The members such as the Y stage and its guide are required to have straightness (linearity), for example, static pressure air guide is required, and there is a problem that the measuring device becomes expensive.

【0015】また、特開平4−29206号公報記載の
超高精度三次元測定機にあっても、レーザ干渉測長器本
体が架台3上に設けられているため、光学系が複雑化し
てしまうといった問題があった。そこで、本発明は、各
軸方向に対応するレーザ干渉計と基準ミラーとの間の測
長経路の中心軸が、それぞれ被測定物の測定点を通り、
それぞれの軸方向と平行な直線上に一致するように、基
準ミラーおよびレーザ干渉計を配設することにより、ア
ッべ誤差を解消して高精度な形状測定を行うことができ
る低コストな形状測定装置を提供することを目的として
いる。
Further, even in the ultra-high precision three-dimensional measuring machine disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-29206, since the laser interferometer length measuring device main body is provided on the frame 3, the optical system becomes complicated. There was such a problem. Therefore, in the present invention, the central axis of the length-measuring path between the laser interferometer and the reference mirror corresponding to each axial direction passes through the measurement points of the object to be measured,
By arranging the reference mirror and laser interferometer so that they match on a straight line parallel to each axial direction, Abbe error can be eliminated and highly accurate shape measurement can be performed at low cost. The purpose is to provide a device.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、被測定物の表面の測定点を
検出する変位計と、変位計と被測定物とのうち何れか一
方を固定して、該変位計の検出方向に平行な軸を含む互
いに略直交したX軸、Y軸、Z軸のうち少なくとも2つ
の軸方向にそれぞれ独立に移動する移動台と、変位計が
測定点の検出信号を略一定に保ちつつ被測定物の表面に
沿って測定点を移動するよう前記移動台を各軸方向にそ
れぞれ独立に移動する移動手段と、前記移動台の各軸方
向のうち少なくとも前記変位計の検出方向に平行な軸方
向に対応するよう設けられ、測長基準となる反射面を含
む基準ミラーと該基準ミラーの反射面との間にそれぞれ
測長光路を形成するレーザ干渉計と該レーザ干渉計にレ
ーザ光を供給するレーザ供給系とを有する少なくとも1
つのレーザ干渉測長器と、を備え、該レーザ干渉測長器
の測長結果に基づいて被測定物の表面形状を測定する形
状測定装置において、前記レーザ干渉測長器の測長光路
の中心軸が、前記被測定物の測定点を通り、前記移動台
の軸方向と平行な直線上に一致するよう、基準ミラーお
よびレーザ干渉計を配設したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is one of a displacement meter for detecting a measurement point on the surface of the object to be measured, and a displacement meter and the object to be measured. One of which is fixed, and a displacement table which independently moves in at least two axial directions of X-axis, Y-axis and Z-axis which are substantially orthogonal to each other and which includes an axis parallel to the detection direction of the displacement meter, Moving means for independently moving the moving table in each axial direction so as to move the measuring point along the surface of the measured object while keeping the detection signal of the measuring point substantially constant, and for each axial direction of the moving table. A laser which is provided so as to correspond to at least an axial direction parallel to the detection direction of the displacement meter, and which forms a length measurement optical path between a reference mirror including a reflection surface serving as a length measurement reference and the reflection surface of the reference mirror. An interferometer and a laser that supplies laser light to the laser interferometer. At least it has a seat supply system 1
A laser interferometer, and a shape measuring device for measuring a surface shape of an object to be measured based on a measurement result of the laser interferometer, wherein the center of the optical path of the laser interferometer is measured. The reference mirror and the laser interferometer are arranged such that the axis passes through the measurement point of the object to be measured and is aligned on a straight line parallel to the axial direction of the movable table.

【0017】請求項1記載の発明では、少なくとも変位
計の検出方向と平行な軸方向に対応するレーザ干渉測長
器の基準ミラーとレーザ干渉計との間に形成される各測
長光路の中心軸が、被測定物の測定点を通り、移動台の
軸方向と平行な直線上に一致するよう、前記基準ミラー
および前記レーザ干渉計が配設される。このため、レー
ザ干渉測長器によりアッベ誤差を排除しつつ変位計の移
動台の少なくとも変位計の検出方向に対応する軸方向の
移動量を測定することができるので、被測定物の形状を
高精度に測定することができる。また、XYステージあ
るいはXYZステージやガイド等の部材を極めて高精度
にする必要がないので、測定装置のコストを低減するこ
とができる。
According to the first aspect of the invention, the center of each length-measuring optical path formed between the laser interferometer and the reference mirror of the laser interferometer, which corresponds to at least the axial direction parallel to the detection direction of the displacement meter. The reference mirror and the laser interferometer are arranged so that the axis passes through the measurement point of the object to be measured and is aligned with a straight line parallel to the axial direction of the movable table. Therefore, it is possible to measure the amount of movement of the displacement table moving table in at least the axial direction corresponding to the detection direction of the displacement gauge while eliminating the Abbe error with the laser interferometer, and thus to improve the shape of the object to be measured. It can be measured with accuracy. Further, since it is not necessary to make the members such as the XY stage or the XYZ stage and the guide highly accurate, the cost of the measuring device can be reduced.

【0018】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記レーザ干渉測定器が、前記移動台の各
軸方向のそれぞれの移動量を測定するよう複数設けら
れ、該複数のレーザ干渉測長器の測長光路の中心軸が、
それぞれ前記被測定物の測定点を通り、前記移動台の軸
方向と平行な直線上に一致するよう、それぞれの基準ミ
ラーおよびレーザ干渉計を配設したことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a plurality of the laser interferometers are provided so as to measure the respective movement amounts of the movable table in the respective axial directions. The central axis of the measuring optical path of the interferometer is
Each of the reference mirrors and the laser interferometers are arranged so as to coincide with a straight line parallel to the axial direction of the movable table and passing through the measurement points of the object to be measured.

【0019】請求項2記載の発明では、前記レーザ干渉
測定器が、前記移動台の各軸方向のそれぞれの移動量を
測定するよう複数設けられ、該複数のレーザ干渉測長器
の測長光路の中心軸が、それぞれ前記被測定物の測定点
を通り、前記移動台の軸方向と平行な直線上に一致する
よう、それぞれの基準ミラーおよびレーザ干渉計が配設
されている。このため、移動台のすべての軸方向に対応
するレーザ干渉測長器によりアッベ誤差を排除しつつ変
位計の移動台の少なくとも変位計の検出方向に対応する
軸方向の移動量を測定することができるので、高精度な
形状測定を確実に行うことができる。
According to a second aspect of the present invention, a plurality of the laser interferometers are provided so as to measure the amount of movement of each of the movable bases in the respective axial directions, and the length measurement optical paths of the plurality of laser interferometers are measured. The reference mirrors and the laser interferometers are arranged such that the central axes of the two pass through the measurement points of the object to be measured and are aligned on a straight line parallel to the axial direction of the movable table. Therefore, it is possible to measure the amount of movement of the displacement table in the axial direction corresponding to at least the detection direction of the displacement meter while eliminating the Abbe error by the laser interferometer measuring device corresponding to all the axial directions of the displacement table. Therefore, it is possible to reliably perform highly accurate shape measurement.

【0020】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載の発明において、前記レーザ供給系が、レーザ光源
から射出されたレーザ光を前記レーザ干渉計に導光する
光ファイバを有することを特徴とする。請求項3記載の
発明では、レーザ光源から射出されたレーザ光が光ファ
イバによって移動台の軸方向に対応するレーザ干渉計に
導光されるので、レーザ光源発生装置等を移動台若しく
はその周辺から離隔して自由な位置に設置することがで
きる。また、光ファイバの射出部は移動台上にも設置す
ることができる。したがって、レーザ供給系のレイアウ
トの自由度を向上することができるとともに、装置をコ
ンパクト化することができる。なお、一般のガスレーザ
を用いたレーザ光源発生装置は、その大きさおよび重量
から移動台上に設置するには不向きだからである。
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2
In the invention described above, the laser supply system has an optical fiber that guides laser light emitted from a laser light source to the laser interferometer. In the invention according to claim 3, since the laser light emitted from the laser light source is guided by the optical fiber to the laser interferometer corresponding to the axial direction of the moving table, the laser light source generator or the like is moved from the moving table or its periphery. It can be installed at a remote location. Further, the emitting part of the optical fiber can be installed on the movable table. Therefore, the degree of freedom in the layout of the laser supply system can be improved, and the device can be made compact. This is because a laser light source generator using a general gas laser is unsuitable for installation on a moving table due to its size and weight.

【0021】請求項4記載の発明は、請求項1または2
記載の発明において、前記レーザ供給系が、半導体レー
ザからなることを特徴とする。請求項4記載の発明で
は、前記レーザ供給系が、半導体レーザからなるので、
He−Neレーザに代表されるガスレーザを用いる場合
に比べ、装置全体を著しく小型化することができる。ま
た、半導体レーザは移動台上にも設置するすることもで
きるので、レーザ供給系のレイアウトの自由度を向上す
ることができる。なお、一般に、ガスレーザを用いたレ
ーザ光源発生装置は、その大きさおよび重量から移動台
上に設置するには不向きだからである。
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 1 or 2.
In the invention described above, the laser supply system comprises a semiconductor laser. In the invention according to claim 4, since the laser supply system comprises a semiconductor laser,
Compared with the case of using a gas laser typified by He-Ne laser, the entire device can be remarkably downsized. Further, since the semiconductor laser can be installed on the moving table, the degree of freedom in the layout of the laser supply system can be improved. This is because, in general, a laser light source generator using a gas laser is unsuitable for installation on a moving table due to its size and weight.

【0022】請求項5記載の発明は、請求項1〜4何れ
かに記載の発明において、前記被測定物および前記基準
ミラーが前記移動台に固定され、前記変位計、前記レー
ザ干渉計および前記レーザ供給系が前記移動台の外部に
固定されたことを特徴とする。請求項5記載の発明で
は、前記被測定物および前記基準ミラーが前記移動台に
固定され、前記変位計、前記レーザ干渉計および前記レ
ーザ供給系が前記移動台の外部に固定される。このた
め、例えばレシーバ等の配線を移動台の外部に設置する
ことができるので、移動台の移動の際に配線が邪魔にな
ることもなく、装置構成が簡素化される。
According to a fifth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the object to be measured and the reference mirror are fixed to the movable table, the displacement meter, the laser interferometer, and the The laser supply system is fixed to the outside of the movable table. In the invention according to claim 5, the object to be measured and the reference mirror are fixed to the movable table, and the displacement meter, the laser interferometer, and the laser supply system are fixed to the outside of the movable table. Therefore, for example, the wiring of the receiver or the like can be installed outside the moving table, so that the wiring does not become an obstacle when the moving table is moved, and the device configuration is simplified.

【0023】請求項6記載の発明は、請求項3または4
記載の発明において、前記変位計、前記レーザ干渉計、
並びに、前記光ファイバの射出部若しくは半導体レーザ
が前記移動台上に固定され、前記被測定物および前記基
準ミラーが前記移動台の外部に固定されたことを特徴と
する。請求項6記載の発明では、前記変位計、前記レー
ザ干渉計、並びに、前記光ファイバの射出部若しくは半
導体レーザが前記移動台上に固定され、前記被測定物お
よび前記基準ミラーが前記移動台の外部に固定される。
このため、変位計、レーザ干渉計、並びに、光ファイバ
の射出部若しくは半導体レーザはその重量が軽量かつ一
定であるので、移動台の移動負荷を軽減し、好適な追従
性を実現するアクチュエータの設計が容易となる。特に
被測定物および基準ミラーの重量が変位計およびレーザ
干渉計の重量よりも大きいときには有効である。
The invention according to claim 6 is the invention according to claim 3 or 4.
In the invention described above, the displacement meter, the laser interferometer,
In addition, the emitting portion of the optical fiber or the semiconductor laser is fixed on the movable table, and the DUT and the reference mirror are fixed to the outside of the movable table. In the invention according to claim 6, the displacement meter, the laser interferometer, and the emitting section of the optical fiber or the semiconductor laser are fixed on the movable table, and the object to be measured and the reference mirror are arranged on the movable table. It is fixed to the outside.
Therefore, the displacement meter, the laser interferometer, and the emission part of the optical fiber or the semiconductor laser have a light weight and a constant weight, so that the moving load of the movable table is reduced and the actuator is designed to realize a suitable followability. Will be easier. This is particularly effective when the weight of the object to be measured and the reference mirror is larger than the weights of the displacement meter and the laser interferometer.

【0024】請求項7記載の発明は、請求項1または2
記載の発明において、前記各軸方向にそれぞれ独立に移
動する第1移動台と、該第1移動台に搭載され、前記変
位計と被測定物とのうち何れか一方を固定して、前記各
軸方向のうち少なくとも前記変位計の検出方向と平行な
軸方向に独立に移動する第2移動台と、からなり、前記
移動手段が、第2移動台が移動可能な軸方向に対し、第
1移動台を前記変位計の検出信号の低周波数帯域の変動
に追従するように移動させ、第2移動台を前記変位計の
検出信号の高周波数帯域の変動に追従するように移動さ
せるようにしたことを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the invention according to claim 1 or 2.
In the invention described above, a first moving table that moves independently in each of the axial directions, and one of the displacement gauge and the object to be measured mounted on the first moving table are fixed, A second moving table that independently moves in at least an axial direction parallel to the detection direction of the displacement meter in the axial direction, and the moving means is configured to move the second moving table first with respect to the axial direction in which the second moving table can move. The movable table is moved so as to follow the fluctuation of the low frequency band of the detection signal of the displacement meter, and the second movable table is moved so as to follow the fluctuation of the high frequency band of the detection signal of the displacement meter. It is characterized by

【0025】請求項7記載の発明では、前記移動台が、
前記各軸方向にそれぞれ独立に移動する第1移動台と、
該第1移動台に搭載され、前記変位計と被測定物とのう
ち何れか一方を固定して、前記各軸方向のうち少なくと
も前記変位計の検出方向と平行な軸方向に独立に移動す
る第2移動台と、からなり、前記移動手段が、第2移動
台が移動可能な軸方向に対し、第1移動台を前記変位計
の検出信号の低周波帯域の変動に追従するように移動さ
せ、第2移動台を前記変位計の検出信号の高周波数帯域
の変動に追従するように移動させるように構成してい
る。このため、移動手段により第1移動台を低周波数帯
域の変動、すなわち測定点が被測定物の形状に概ね追従
するように移動させるとともに、第2移動台を高周波数
帯域の変動、すなわち第1移動台の振動や被測定物の表
面粗さに追従するよう移動させ、制御帯域を分担させて
測定点を移動することができる。したがって、測定を高
速化することができる。
According to a seventh aspect of the invention, the movable table is
A first moving table that moves independently in each of the axial directions;
The displacement table and the object to be measured are mounted on the first moving table, and one of them is moved independently of at least the axial direction parallel to the detection direction of the displacement meter. A second moving table, and the moving means moves the first moving table so as to follow the fluctuation in the low frequency band of the detection signal of the displacement gauge in the axial direction in which the second moving table can move. Then, the second moving table is moved so as to follow the fluctuation of the detection signal of the displacement meter in the high frequency band. For this reason, the moving means moves the first moving table in a low frequency band, that is, the measurement point moves so as to substantially follow the shape of the object to be measured, and the second moving table moves in a high frequency band, that is, the first moving table. It is possible to move the measuring point by moving the moving table so as to follow the vibration of the moving table and the surface roughness of the object to be measured and sharing the control band. Therefore, the measurement can be speeded up.

【0026】請求項8記載の発明は、請求項7記載の発
明において、前記レーザ供給系が、レーザ光源から射出
されたレーザ光を前記レーザ干渉計に導光する光ファイ
バを有することを特徴とする。請求項8記載の発明で
は、レーザ光源から射出されたレーザ光が光ファイバに
よってそれぞれ移動台の各軸方向に対応するレーザ干渉
計に導光されるので、レーザ光源発生装置等を移動台若
しくはその周辺から離隔して自由な位置に設置すること
ができる。また、光ファイバの射出部は移動台上にも設
置することができる。したがって、レーザ供給系のレイ
アウトの自由度を向上することができるとともに、装置
をコンパクト化することができる。なお、一般のガスレ
ーザを用いたレーザ光源発生装置は、その大きさおよび
重量から移動台上に設置するには不向きだからである。
The invention described in claim 8 is characterized in that, in the invention described in claim 7, the laser supply system has an optical fiber for guiding a laser beam emitted from a laser light source to the laser interferometer. To do. In the invention according to claim 8, since the laser light emitted from the laser light source is guided by the optical fiber to the laser interferometer corresponding to each axial direction of the moving table, the laser light source generator or the like is moved to the moving table or the moving table. It can be installed at any position away from the surroundings. Further, the emitting part of the optical fiber can be installed on the movable table. Therefore, the degree of freedom in the layout of the laser supply system can be improved, and the device can be made compact. This is because a laser light source generator using a general gas laser is unsuitable for installation on a moving table due to its size and weight.

【0027】請求項9記載の発明は、請求項7記載の発
明において、前記レーザ供給系が、複数の半導体レーザ
からなることを特徴とする。請求項9記載の発明では、
前記レーザ供給系が、複数の半導体レーザからなるの
で、He−Neレーザに代表されるガスレーザを用いる
場合に比べ、装置全体を著しく小型化することができ
る。また、半導体レーザは移動台上にも設置するするこ
ともできるので、レーザ供給系のレイアウトの自由度を
向上することができる。なお、一般に、ガスレーザを用
いたレーザ光源発生装置は、その大きさおよび重量から
移動台上に設置するには不向きだからである。
According to a ninth aspect of the invention, in the seventh aspect of the invention, the laser supply system comprises a plurality of semiconductor lasers. According to the invention of claim 9,
Since the laser supply system is composed of a plurality of semiconductor lasers, the entire apparatus can be significantly downsized as compared with the case of using a gas laser represented by a He-Ne laser. Further, since the semiconductor laser can be installed on the moving table, the degree of freedom in the layout of the laser supply system can be improved. This is because, in general, a laser light source generator using a gas laser is unsuitable for installation on a moving table due to its size and weight.

【0028】請求項10記載の発明は、請求項7〜9何
れかに記載の発明において、前記被測定物および前記基
準ミラーが前記第2移動台に固定され、前記変位計、前
記レーザ干渉計および前記レーザ供給系が前記移動台の
外部に固定されたことを特徴とする。請求項10記載の
発明では、前記被測定物および前記基準ミラーが前記第
2移動台に固定され、前記変位計、前記レーザ干渉計お
よび前記レーザ供給系が前記移動台の外部に固定され
る。このため、例えばレシーバの出力や得る等の配線を
移動台の外部に配設することができるので、移動台の移
動際に配線が邪魔になることもなく、装置構成が簡素化
される。
According to a tenth aspect of the invention, in the invention according to any one of the seventh to ninth aspects, the object to be measured and the reference mirror are fixed to the second movable table, and the displacement meter and the laser interferometer are provided. And the laser supply system is fixed to the outside of the movable table. In the invention according to claim 10, the object to be measured and the reference mirror are fixed to the second movable table, and the displacement gauge, the laser interferometer, and the laser supply system are fixed to the outside of the movable table. For this reason, for example, the output of the receiver and the wiring for obtaining can be arranged outside the moving table, so that the wiring does not obstruct the movement of the moving table and the device configuration is simplified.

【0029】請求項11記載の発明は、請求項8または
9記載の発明において、前記変位計、前記レーザ干渉
計、並びに、前記光ファイバの射出部若しくは半導体レ
ーザが前記第2移動台上に固定され、前記被測定物およ
び前記基準ミラーが前記移動台の外部に固定されたこと
を特徴とする。請求項11記載の発明では、前記変位
計、前記レーザ干渉計、並びに、前記光ファイバの射出
部若しくは半導体レーザが前記第2移動台上に固定さ
れ、前記被測定物および前記基準ミラーが前記移動台の
外部に固定される。このため、変位計、レーザ干渉計、
並びに、光ファイバの射出部若しくは半導体レーザはそ
の重量が軽量かつ一定であるので、第1および第2移動
台の移動負荷を軽減し、移動台の好適な追従性を実現す
るアクチュエータの設計が容易となる。特に被測定物の
重量が変位計およびレーザ干渉計の重量よりも大きいと
きには有効である。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the eighth or ninth aspect of the invention, the displacement meter, the laser interferometer, and the emitting section of the optical fiber or the semiconductor laser are fixed on the second movable table. The object to be measured and the reference mirror are fixed to the outside of the movable table. In the invention according to claim 11, the displacement meter, the laser interferometer, and the emitting section of the optical fiber or the semiconductor laser are fixed on the second movable table, and the measured object and the reference mirror are moved. It is fixed to the outside of the stand. Therefore, displacement meters, laser interferometers,
In addition, since the weight of the emitting portion of the optical fiber or the semiconductor laser is light and constant, it is easy to design the actuator that reduces the moving load of the first and second moving bases and realizes the suitable followability of the moving bases. Becomes This is particularly effective when the weight of the object to be measured is larger than the weights of the displacement meter and the laser interferometer.

【0030】請求項12記載の発明は、請求項8または
9記載の発明において、前記変位計、並びに、前記第2
移動台の移動可能な軸方向に対応する前記レーザ干渉計
および前記光ファイバの出射部若しくは半導体レーザが
前記第2移動台に固定され、前記第2移動台の移動可能
な軸方向以外の軸方向に対応する前記前記レーザ干渉計
および光ファイバの出射部若しくは半導体レーザが、前
記第1移動台に固定され、前記被測定物および前記基準
ミラーが前記移動台の外部に固定されたことを特徴とす
る。
According to a twelfth aspect of the invention, in the invention according to the eighth or ninth aspect, the displacement meter and the second
The laser interferometer and the emitting part of the optical fiber or the semiconductor laser corresponding to the movable axial direction of the movable table are fixed to the second movable table, and the axial direction other than the movable axial direction of the second movable table. Wherein the laser interferometer and the emission part of the optical fiber or the semiconductor laser corresponding to are fixed to the first moving table, and the DUT and the reference mirror are fixed to the outside of the moving table. To do.

【0031】請求項12記載の発明では、前記変位計、
並びに、前記第2移動台の移動可能な軸方向に対応する
前記レーザ干渉計および前記光ファイバの出射部若しく
は半導体レーザが前記第2移動台に固定され、前記第2
移動台の移動可能な軸方向以外の軸方向に対応する前記
レーザ干渉計および前記光ファイバの出射部若しくは半
導体レーザが前記第1移動台に固定され、前記被測定物
および前記基準ミラーが前記移動台の外部に固定され
る。第2移動台には、各軸方向に対応する全てのレーザ
干渉計を固定するのが理想であるが、第2移動台の移動
負荷が大きくなり、第2移動台の好適な追従性が得られ
ない場合がある。このため、第2移動台に固定されるレ
ーザ干渉計を少なくし、第2移動台の移動負荷を小さく
することで、第2移動台の移動をより高速化することが
できる。このとき、残りのレーザ光源およびレーザ干渉
計が第1移動台上にあっても、アッベ誤差を発生するこ
となく十分な追従性を得ることができる。
According to a twelfth aspect of the invention, the displacement gauge,
In addition, the laser interferometer and the emitting portion of the optical fiber or the semiconductor laser corresponding to the movable axial direction of the second moving table are fixed to the second moving table,
The laser interferometer and the emitting portion of the optical fiber or the semiconductor laser corresponding to an axial direction other than the movable axial direction of the movable table are fixed to the first movable table, and the DUT and the reference mirror are moved. It is fixed to the outside of the stand. Ideally, all the laser interferometers corresponding to each axial direction should be fixed to the second moving table, but the moving load of the second moving table becomes large, and suitable followability of the second moving table is obtained. It may not be possible. Therefore, by reducing the number of laser interferometers fixed to the second moving table and reducing the moving load of the second moving table, the movement of the second moving table can be accelerated. At this time, even if the remaining laser light source and the laser interferometer are on the first movable table, sufficient followability can be obtained without causing an Abbe error.

【0032】請求項13記載の発明は、請求項1〜12
何れかに記載の発明において、レーザ干渉測定器により
測長されたそれぞれの軸方向の測定値を、予め求められ
た前記各軸方向に対応する基準ミラー間相互の直角度の
誤差に基づいて理想的な直交座標の座標値に変換する変
換手段を有することを特徴とする。請求項13記載の発
明では、予め前記各軸方向に対応する平面ミラー間相互
の直角度を求めておき、変換手段によってレーザ干渉測
定器により測長されたそれぞれの軸方向の測定値が理想
的な直交座標の座標値に変換される。したがって、高精
度な形状測定を確実に行うことができる。
The invention according to claim 13 is the invention according to claims 1 to 12.
In the invention described in any one of the above, the measured values in the respective axial directions measured by the laser interferometer are ideal based on the error of the squareness between the reference mirrors corresponding to the respective axial directions which is obtained in advance. It is characterized in that it has a conversion means for converting the coordinate values of the orthogonal coordinates. In the invention according to claim 13, the perpendicularity between the plane mirrors corresponding to the respective axial directions is obtained in advance, and the measured values in the respective axial directions measured by the laser interferometer by the converting means are ideal. It is converted to a rectangular coordinate value. Therefore, highly accurate shape measurement can be reliably performed.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1および図2は本発明に係る形
状測定装置の好ましい実施の形態を示す図であり、図1
はその全体構成を示す図である。なお、図7および図9
に示された従来の形状測定装置と構成が同様のものに
は、同一符号を付して説明する。また、同図では、パー
ソナルコンピュータ、コントローラドライバ等は省略し
ている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIGS. 1 and 2 are views showing a preferred embodiment of a shape measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the overall configuration. 7 and 9
Parts having the same structure as the conventional shape measuring apparatus shown in FIG. Further, in the same figure, a personal computer, a controller driver and the like are omitted.

【0034】図1において、1は光学式の変位計、10
はXステージ11およびYステージ12からなるXYス
テージであり、移動台を構成している。変位計1は、そ
の検出方向がYステージ12の移動方向、すなわちY軸
方向と平行となるようにYステージ12の上面に設置さ
れている。また、被測定物2はXYステージ10外のセ
ット台3にセットされている。
In FIG. 1, 1 is an optical displacement meter, 10
Is an XY stage including an X stage 11 and a Y stage 12, and constitutes a movable table. The displacement meter 1 is installed on the upper surface of the Y stage 12 such that its detection direction is parallel to the moving direction of the Y stage 12, that is, the Y axis direction. Further, the DUT 2 is set on the set table 3 outside the XY stage 10.

【0035】変位計1は、微小スポットを被測定物2の
表面に結び、その反射光を電気信号に変換して検出信号
として出力し、被測定物2の表面の測定点Pを検出する
ものである。変位計1の測定範囲は、例えば±0.5μ
m程度であり、微小スポットがこの範囲内にあるときに
その変位に比例した検出信号を出力する。なお、被測定
物2に非接触の光学式変位計はきわめて高感度、かつ小
型、軽量である点で有利であるが、これに限るものでは
なく、例えば触針式のものや渦電流を利用したものでも
よい。
The displacement meter 1 connects a minute spot to the surface of the object 2 to be measured, converts the reflected light into an electric signal and outputs it as a detection signal, and detects a measurement point P on the surface of the object 2 to be measured. Is. The measuring range of the displacement meter 1 is, for example, ± 0.5 μ
When the minute spot is within this range, a detection signal proportional to the displacement is output. An optical displacement meter that is not in contact with the object to be measured 2 is advantageous in that it has extremely high sensitivity, and is small and lightweight. However, the invention is not limited to this. For example, a stylus type or an eddy current is used. You can also use it.

【0036】Yステージ12は、Yステージ12本体と
一体的に設けられ、Yステージ12本体から突出した板
状部材12aを含み、Yステージ12本体の上面と板状
部材12aの上面とは同一平面を形成している。板状部
材12aの上面には、Xステージ11のX軸方向の移動
量を測定するために、X座標測定用のレーザ干渉計2
3、光ファイバケーブル33の射出部33aおよびレシ
ーバ25がセットされている。また、Yステージ12本
体の上面には、Yステージ12のY軸方向の移動量を測
定するために、Y座標測定用のレーザ干渉計24、光フ
ァイバケーブル34の射出部34aおよびレシーバ26
がセットされている。
The Y stage 12 is provided integrally with the main body of the Y stage 12 and includes a plate member 12a protruding from the main body of the Y stage 12, and the upper surface of the main body of the Y stage 12 and the upper surface of the plate member 12a are flush with each other. Is formed. On the upper surface of the plate member 12a, in order to measure the amount of movement of the X stage 11 in the X axis direction, a laser interferometer 2 for measuring the X coordinate is used.
3, the emitting portion 33a of the optical fiber cable 33 and the receiver 25 are set. Further, on the upper surface of the main body of the Y stage 12, in order to measure the movement amount of the Y stage 12 in the Y-axis direction, the laser interferometer 24 for measuring the Y coordinate, the emitting portion 34 a of the optical fiber cable 34, and the receiver 26.
Is set.

【0037】また、XYステージ10外には、X座標測
定用の基準平面ミラー31、Y座標測定用の基準平面ミ
ラー32、レーザ光源21およびプリズム22が設けら
れている。X座標測定用の基準平面ミラー31は、その
反射面31aがXYステージ10のX軸方向と直交する
ように図示しないセット台上にセットされており、後述
するレーザ干渉計23から射出されたレーザ光を反射し
てレーザ干渉計との間に測長光路を形成するものであ
る。
Outside the XY stage 10, a reference plane mirror 31 for X coordinate measurement, a reference plane mirror 32 for Y coordinate measurement, a laser light source 21 and a prism 22 are provided. The reference plane mirror 31 for X-coordinate measurement is set on a set stand (not shown) so that its reflection surface 31a is orthogonal to the X-axis direction of the XY stage 10, and a laser emitted from a laser interferometer 23 described later. It reflects light and forms a length-measuring optical path with the laser interferometer.

【0038】Y座標測定用の基準平面ミラー32は、そ
の反射面32aがXYステージ10のY軸方向と直交す
るようにセット台4上にセットされており、後述するレ
ーザ干渉計24から射出されたレーザ光を反射してレー
ザ干渉計24との間に測長光路を形成するものである。
レーザ光源21は、周波数安定化レーザ光を発生するも
のである。レーザ光としては、例えばHe−Neレーザ
等のガスレーザが用いられる。レーザ光源21から発せ
られたレーザ光は、プリズム22により2分割され、一
方のレーザ光は光ファイバケーブル33を通してレーザ
干渉計23に導光され、もう一方のレーザ光は光ファイ
バケーブル34を通してレーザ干渉計24に導光される
ようになっている。すなわち、レーザ光源21、プリズ
ム、光ファイバケーブル33、34はレーザ供給系を構
成している。
The reference plane mirror 32 for measuring the Y coordinate is set on the set table 4 so that its reflection surface 32a is orthogonal to the Y axis direction of the XY stage 10, and is emitted from the laser interferometer 24 described later. The laser beam is reflected to form a length measurement optical path with the laser interferometer 24.
The laser light source 21 generates a frequency-stabilized laser light. As the laser light, for example, a gas laser such as a He-Ne laser is used. The laser light emitted from the laser light source 21 is split into two by the prism 22, one laser light is guided to the laser interferometer 23 through the optical fiber cable 33, and the other laser light is interfered by the laser through the optical fiber cable 34. The light is guided to a total of 24. That is, the laser light source 21, the prism, and the optical fiber cables 33 and 34 form a laser supply system.

【0039】X座標測定用のレーザ干渉計23は、図2
に示すように、ビームスプリッタ23a、コーナーキュ
ーブプリズム23bおよび平面ミラー23cから構成さ
れている。ビームスプリッタ23aは、光ファイバケー
ブル33を通して入射されたレーザ光を測長光と参照光
に2分割するものであり、図2(a)に示すように、基
準平面ミラー31との間にコーナーキューブプリズム2
3bを介して測長光路を形成するとともに、図2(b)
に示すように、平面ミラー23cとの間にコーナーキュ
ーブプリズム23bを介して参照光路を形成するように
なっている。
The laser interferometer 23 for measuring the X coordinate is shown in FIG.
As shown in, the beam splitter 23a, the corner cube prism 23b, and the plane mirror 23c are included. The beam splitter 23a splits the laser light incident through the optical fiber cable 33 into a measuring light and a reference light, and as shown in FIG. Prism 2
2B while forming a length measurement optical path through 3b.
As shown in, the reference optical path is formed between the plane mirror 23c and the corner cube prism 23b.

【0040】測長光は図2(a)中の矢印で示されるよ
うに、基準平面ミラー31との間を2往復し、参照光は
図2(b)中矢印で示されるように、平面ミラー23c
との間を2往復してそれぞれレシーバ25に受光され、
その明暗信号(干渉信号)が図示しない測長カウンタに
よりカウントされる。測長カウンタは、基準平面ミラー
31とレーザ干渉計23との間の距離Lの変化に応じて
レシーバにより検出された明暗信号の繰り返し回数をカ
ウントするものである。例えば距離Lがレーザ光の波長
λだけ変化すると、測定光と参照光との光路差は4λと
なり、レシーバ25により4回の明暗信号が検出され、
この検出回数が測長カウンタによりカウントされる。実
際には、この明暗信号をさらには電気的手法により分割
し、レーザ干渉測長機の分解能を向上させている。分解
能としては、λ/128、λ=633nmが一般的であ
る。
The length-measuring light makes two round trips to and from the reference plane mirror 31 as shown by the arrow in FIG. 2A, and the reference light is a plane as shown by the arrow in FIG. 2B. Mirror 23c
2 round trips between and are received by the receiver 25,
The bright / dark signal (interference signal) is counted by a length measuring counter (not shown). The length measurement counter counts the number of repetitions of the light / dark signal detected by the receiver according to the change in the distance L between the reference plane mirror 31 and the laser interferometer 23. For example, when the distance L changes by the wavelength λ of the laser light, the optical path difference between the measurement light and the reference light becomes 4λ, and the receiver 25 detects the bright and dark signals four times.
The number of times of detection is counted by the length measuring counter. In practice, this light / dark signal is further divided by an electrical method to improve the resolution of the laser interferometer. As the resolution, λ / 128 and λ = 633 nm are general.

【0041】X座標測定用のレーザ干渉計23、光ファ
イバケーブル33の射出部33aおよびレシーバ25
は、図2(a)中に仮想線Aで示され、ビームスプリッ
タ23aと基準平面ミラー31との間に形成される2本
の測長光路の中心軸が、変位計1の測定点Pを通り、X
Yステージ10のX軸方向に平行となるように、Yステ
ージ12の板状部材12aの上面に配設されている。
The laser interferometer 23 for measuring the X coordinate, the emitting portion 33a of the optical fiber cable 33, and the receiver 25.
Is indicated by an imaginary line A in FIG. 2A, and the central axes of the two measuring optical paths formed between the beam splitter 23a and the reference plane mirror 31 indicate the measuring point P of the displacement meter 1. Street, X
It is arranged on the upper surface of the plate-shaped member 12a of the Y stage 12 so as to be parallel to the X-axis direction of the Y stage 10.

【0042】また、Y座標測定用のレーザ干渉計24
も、レーザ干渉計23と同様に構成されており、Y座標
測定用のレーザ干渉計24、光ファイバケーブル34の
射出部34aおよびレシーバ25は、ビームスプリッタ
24aと基準平面ミラー32との間に形成される2本の
測長光路の中心軸が、変位計1の測定点Pを通り、XY
ステージ10のY軸方向に平行となるように、Yステー
ジ12の上面に配設されている。
A laser interferometer 24 for measuring the Y coordinate is also provided.
Is also configured similarly to the laser interferometer 23, and the laser interferometer 24 for Y coordinate measurement, the emitting portion 34a of the optical fiber cable 34, and the receiver 25 are formed between the beam splitter 24a and the reference plane mirror 32. The central axes of the two measured optical paths are passed through the measurement point P of the displacement gauge 1 and XY
It is arranged on the upper surface of the Y stage 12 so as to be parallel to the Y-axis direction of the stage 10.

【0043】本実施の形態の形状測定装置では、X座標
測定用のレーザ干渉計23と基準平面ミラー31との間
に形成される測長光路の中心軸が、変位計1の測定点P
を通り、XYステージ10のX軸方向に平行となるよう
に、レーザ干渉計23、光ファイバケーブル33の射出
部33aおよびレシーバ25がYステージ12の板状部
材12aの上面に配設されるとともに、Y座標測定用の
レーザ干渉計25と基準平面ミラーとの間に形成される
測長光路の中心軸が、変位計1の測定点Pを通り、XY
ステージ10のY軸方向(変位計1の検出方向と平行な
軸方向)に平行となるように、レーザ干渉計24、光フ
ァイバケーブル34の射出部34aおよびレシーバ26
がYステージ12の上面に配設されている。
In the shape measuring apparatus of the present embodiment, the central axis of the measuring optical path formed between the laser interferometer 23 for measuring the X coordinate and the reference plane mirror 31 is the measuring point P of the displacement meter 1.
The laser interferometer 23, the emitting portion 33a of the optical fiber cable 33, and the receiver 25 are arranged on the upper surface of the plate-shaped member 12a of the Y stage 12 so as to be parallel to the X axis direction of the XY stage 10. , The central axis of the length measuring optical path formed between the laser interferometer 25 for measuring the Y coordinate and the reference plane mirror passes through the measuring point P of the displacement meter 1 and XY
The laser interferometer 24, the emitting portion 34a of the optical fiber cable 34, and the receiver 26 are arranged so as to be parallel to the Y-axis direction of the stage 10 (axial direction parallel to the detection direction of the displacement meter 1).
Are arranged on the upper surface of the Y stage 12.

【0044】このため、XYステージ10の移動に伴う
真直度の誤差の影響を排除するとともに、アッベ誤差を
排除しつつ移動台のそれぞれの軸方向の移動量を測定す
ることができるので、被測定物の形状を高精度に測定す
ることができる。また、XYステージ10のガイド等の
部材を極めて高精度にする必要がないので、測定装置の
コストを低減することができる。
Therefore, the influence of the straightness error due to the movement of the XY stage 10 can be eliminated, and the movement amount in each axial direction of the moving table can be measured while eliminating the Abbe error. The shape of an object can be measured with high accuracy. Further, since it is not necessary to make the members such as the guide of the XY stage 10 highly accurate, the cost of the measuring device can be reduced.

【0045】また、レーザ光源21から発せられ、プリ
ズム22により2分割されたレーザ光を光ファイバケー
ブル33、34を通してレーザ干渉計23、24に導光
することができるので、レーザ光源21をXYステージ
10上から離隔して自由な位置に設置することができ
る。したがって、レーザ供給系のレイアウトの自由度を
向上することができるとともに、装置をコンパクト化す
ることができる。
Further, since the laser light emitted from the laser light source 21 and divided into two by the prism 22 can be guided to the laser interferometers 23 and 24 through the optical fiber cables 33 and 34, the laser light source 21 is moved to the XY stage. It can be installed at a free position apart from above 10. Therefore, the degree of freedom in the layout of the laser supply system can be improved, and the device can be made compact.

【0046】また、一般にレーザ光源21は、その大き
さおよび重量の故、XYステージ10上に搭載するのに
は適していないが、本実施形態の形状測定装置では、変
位計1、レーザ干渉計23、24、レシーバ25、2
6、並びに、光ファイバ33、34の射出部33a、3
4aをXYステージ10上に配設している。これらは、
その重量が軽量かつ一定であるので、XYステージ10
の移動負荷を軽減し、好適な追従性を実現するアクチュ
エータ13、14の設計が容易となる。特に被測定物2
や基準平面ミラー31、32の重量がこれらの重量より
も大きいときには有効である。
In general, the laser light source 21 is not suitable for mounting on the XY stage 10 because of its size and weight, but in the shape measuring apparatus of this embodiment, the displacement meter 1 and the laser interferometer are used. 23, 24, receiver 25, 2
6, and the emission parts 33a, 3 of the optical fibers 33, 34
4a is arranged on the XY stage 10. They are,
Since the weight is light and constant, the XY stage 10
It is easy to design the actuators 13 and 14 that reduce the moving load of the actuators and realize a suitable followability. Especially DUT 2
It is effective when the weight of the reference plane mirrors 31 and 32 is larger than these weights.

【0047】(第2の実施の形態)図3は本発明に係る
第2の実施の形態の形状測定装置の構成を示す図であ
る。なお、図1および図9に示された形状測定装置と構
成が同様のものには、同一符号を付して説明する。ま
た、同図でも、パーソナルコンピュータ、コントローラ
ドライバ等は省略している。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention. In addition, the same reference numerals are given to the same components as those of the shape measuring apparatus shown in FIGS. 1 and 9 for description. Also in this figure, a personal computer, a controller driver, etc. are omitted.

【0048】図3に示すように、本実施形態の形状測定
装置は、図1に示された形状測定装置と反対に、被測定
物2および基準平面ミラー20をYステージ11上に配
設し、変位計1、レーザ干渉計23、24、並びに、レ
シーバ25、26をXYステージ10外に配設したもの
である。20はX座標およびY座標測定用の基準ミラー
であり、ミラー面20aおよびミラー面20bは高精度
に互いに直角をなすように形成され、それぞれXYステ
ージ10のX軸方向およびY軸方向に直交するようにX
Yステージ10上にセットされている。
As shown in FIG. 3, in the shape measuring apparatus of this embodiment, contrary to the shape measuring apparatus shown in FIG. 1, the object to be measured 2 and the reference plane mirror 20 are arranged on the Y stage 11. The displacement gauge 1, the laser interferometers 23 and 24, and the receivers 25 and 26 are arranged outside the XY stage 10. Reference numeral 20 is a reference mirror for measuring the X coordinate and the Y coordinate, and the mirror surface 20a and the mirror surface 20b are formed so as to form a right angle with each other with high accuracy, and are orthogonal to the X axis direction and the Y axis direction of the XY stage 10, respectively. Like X
It is set on the Y stage 10.

【0049】X座標測定用のレーザ干渉計23aおよび
レシーバ25は、レーザ干渉計23と基準平面ミラー2
0の反射面20aとの間に形成される測長光路の中心軸
が、変位計1の測定点Pを通り、XYステージ10のX
軸方向に平行となるように配設されている。また、Y座
標測定用のレーザ干渉計23aおよびレシーバ25も同
様に、レーザ干渉計24と基準平面ミラー20の反射面
20bとの間に形成される測長光路の中心軸が、変位計
1の測定点Pを通り、XYステージ10のY軸方向に平
行となるように配設されている。
The laser interferometer 23a and the receiver 25 for measuring the X coordinate are composed of the laser interferometer 23 and the reference plane mirror 2.
The center axis of the length-measuring optical path formed between the reflection surface 20a of 0 and the reflection surface 20a passes through the measurement point P of the displacement meter 1,
It is arranged so as to be parallel to the axial direction. Similarly, in the laser interferometer 23 a for measuring the Y coordinate and the receiver 25, the central axis of the length-measuring optical path formed between the laser interferometer 24 and the reflecting surface 20 b of the reference plane mirror 20 is similar to that of the displacement meter 1. It is arranged so as to pass through the measurement point P and be parallel to the Y-axis direction of the XY stage 10.

【0050】このため、この形状測定装置においても、
XYステージ10の移動に伴う真直度の誤差の影響を排
除するとともに、アッベ誤差を排除しつつ移動台のそれ
ぞれの軸方向の移動量を測定することができる。したが
って、被測定物の形状を高精度に測定することができ
る。また、XYステージ10のガイド等の部材を極めて
高精度にする必要がないので、測定装置のコストを低減
することができる。
Therefore, even in this shape measuring apparatus,
It is possible to eliminate the influence of the straightness error due to the movement of the XY stage 10 and measure the axial movement amount of each of the moving bases while eliminating the Abbe error. Therefore, the shape of the object to be measured can be measured with high accuracy. Further, since it is not necessary to make the members such as the guide of the XY stage 10 highly accurate, the cost of the measuring device can be reduced.

【0051】また、変位計1、レシーバ25、26、図
1に示された光ファイバケーブル31、32等をXYス
テージ10外に設けているので、これらの配線がXYス
テージ10の移動の際に邪魔になることもなく、装置構
成が簡素化される。なお、本実施の形態では、レーザ光
源21から発せられたレーザ光をプリズム22により分
割し、直接レーザ干渉計23、24に導光したが、図1
に示された形状測定装置のように、光ファイバケーブル
を用いて導光すると、レーザ光源21を自由な位置に設
置することができ、装置の小型化を実現することができ
ることはいうまでもない。
Further, since the displacement meter 1, the receivers 25 and 26, the optical fiber cables 31 and 32 shown in FIG. 1 and the like are provided outside the XY stage 10, these wirings are used when the XY stage 10 moves. The device configuration is simplified without any hindrance. In the present embodiment, the laser light emitted from the laser light source 21 is split by the prism 22 and directly guided to the laser interferometers 23 and 24.
Needless to say, when the light guide is performed using the optical fiber cable as in the shape measuring device shown in FIG. 1, the laser light source 21 can be installed at a free position, and the device can be downsized. .

【0052】また、上記第1の実施の形態では、変位計
1とレーザ干渉計23、24等とがXYステージ10上
に配設され、被測定物2と基準平面ミラー31、32と
がXYステージ外に配設されており、上記第2の実施の
形態では、被測定物2と基準平面ミラー20とがXYス
テージ10上に配設され、変位計1とレーザ干渉計2
3、24等をXYステージ外に配設されているが、変位
計と基準平面ミラーとをXYステージ10上に配設し、
被測定物とレーザ干渉計等とXYステージ10外に配設
してもよく、あるいは、被測定物とレーザ干渉計等とを
XYステージ上に配設し、変位計と基準平面ミラーとを
XYステージ外に配設してもよい。これらは、例えば被
測定物の大きさおよび重量、XYステージの移動負荷、
設置のし易さ等から最適な組み合せを選択すればよい。
In the first embodiment, the displacement meter 1, the laser interferometers 23, 24, etc. are arranged on the XY stage 10, and the DUT 2 and the reference plane mirrors 31, 32 are XY. It is arranged outside the stage, and in the second embodiment, the DUT 2 and the reference plane mirror 20 are arranged on the XY stage 10, and the displacement meter 1 and the laser interferometer 2 are arranged.
Although 3, 24 and the like are arranged outside the XY stage, the displacement gauge and the reference plane mirror are arranged on the XY stage 10,
The object to be measured, the laser interferometer, etc. may be arranged outside the XY stage 10, or the object to be measured, the laser interferometer, etc. may be arranged on the XY stage, and the displacement meter and the reference plane mirror are arranged in the XY stage. It may be arranged outside the stage. These are, for example, the size and weight of the object to be measured, the moving load of the XY stage,
The optimum combination may be selected from the viewpoint of ease of installation.

【0053】(第3の実施の形態)図4は本発明に係る
第3の実施の形態の形状測定装置の構成を示す図であ
る。なお、図1、図9に示された形状測定装置と構成が
同様のものには、同一符号を付して説明する。また、同
図でも、パーソナルコンピュータ、コントローラドライ
バ等は省略している。
(Third Embodiment) FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a shape measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention. It should be noted that components having the same configurations as those of the shape measuring apparatus shown in FIG. 1 and FIG. Also in this figure, a personal computer, a controller driver, etc. are omitted.

【0054】図4において、変位計1は、XYステージ
10のYステージ12上に設けられたYステージ40上
にセットされており、被測定物2はXYステージ10外
にセットされている。Yステージ40は、図示しないア
クチュエータによって変位計1の検出方向と平行なY軸
方向にわずかに移動されるようになっており、その移動
ストロークは±1mmである。
In FIG. 4, the displacement meter 1 is set on a Y stage 40 provided on the Y stage 12 of the XY stage 10, and the DUT 2 is set outside the XY stage 10. The Y stage 40 is slightly moved in the Y-axis direction parallel to the detection direction of the displacement meter 1 by an actuator (not shown), and its moving stroke is ± 1 mm.

【0055】41、42は周波数安定化された半導体レ
ーザであり、レーザ供給系を構成している。半導体レー
ザは、He−Neレーザと比較して可干渉距離が短く、
安定した波長が得にくいが、小型、かつ軽量なので設置
性に優れている。Y座標測定用の基準ミラー32は、そ
の反射面がXYステージ10のY軸方向と直交するよう
XYステージ10外に配設されている。また、Y座標測
定用のレーザ干渉計24、半導体レーザ42およびレシ
ーバ26は、レーザ干渉計24と基準平面ミラー32と
の間に形成される測長光路の中心軸が、変位計1の測定
点Pを通り、XYステージ10のY軸方向に平行となる
ようにYステージ40上に配設されている。X座標測定
用の基準ミラー32は、その反射面がXYステージ10
のX軸方向と直交するようXYステージ10外に配設さ
れている。また、X座標測定用のレーザ干渉計24、半
導体レーザ42およびレシーバ26は、例えばYステー
ジ40がそのストロークの中央の原点に位置するとき、
レーザ干渉計24と基準平面ミラー32との間に形成さ
れる測長光路の中心軸が、変位計1の測定点Pを通り、
XYステージ10のY軸方向に平行となるようにYステ
ージ12の板状部材12a上に配設されている。
Reference numerals 41 and 42 denote frequency-stabilized semiconductor lasers, which form a laser supply system. The semiconductor laser has a shorter coherence length than the He-Ne laser,
It is difficult to obtain a stable wavelength, but it is easy to install because it is small and lightweight. The reference mirror 32 for measuring the Y coordinate is arranged outside the XY stage 10 so that its reflection surface is orthogonal to the Y axis direction of the XY stage 10. Further, in the laser interferometer 24, the semiconductor laser 42, and the receiver 26 for measuring the Y coordinate, the central axis of the measuring optical path formed between the laser interferometer 24 and the reference plane mirror 32 is the measurement point of the displacement meter 1. It is arranged on the Y stage 40 so as to pass through P and be parallel to the Y axis direction of the XY stage 10. The reflection surface of the reference mirror 32 for measuring the X coordinate is the XY stage 10.
Is arranged outside the XY stage 10 so as to be orthogonal to the X axis direction. Further, the laser interferometer 24 for measuring the X coordinate, the semiconductor laser 42, and the receiver 26, when the Y stage 40 is located at the origin of the center of the stroke,
The central axis of the measuring optical path formed between the laser interferometer 24 and the reference plane mirror 32 passes through the measurement point P of the displacement meter 1,
It is arranged on the plate-shaped member 12a of the Y stage 12 so as to be parallel to the Y-axis direction of the XY stage 10.

【0056】Yステージ10は、変位計1の検出信号の
低周波数帯域の変動に基づいて測定点Pが被測定物2の
形状に概ね追従するようにアクチュエータ14により低
速で移動されるようになっている。一方、Yステージ4
0は、変位計1の検出信号の高周波信号に基づいて測定
点Pが、XYステージ10の振動や被測定物2の表面粗
さに追従するように高速に移動されるようになってい
る。すなわち、XYステージ10は、第1移動台に相当
し、Yステージ40は第2移動台に相当する。
The Y stage 10 is moved at a low speed by the actuator 14 so that the measuring point P substantially follows the shape of the DUT 2 based on the fluctuation of the detection signal of the displacement gauge 1 in the low frequency band. ing. On the other hand, Y stage 4
In 0, the measurement point P is moved at high speed based on the high frequency signal of the detection signal of the displacement meter 1 so as to follow the vibration of the XY stage 10 and the surface roughness of the DUT 2. That is, the XY stage 10 corresponds to the first moving table, and the Y stage 40 corresponds to the second moving table.

【0057】本実施の形態の形状測定装置は、Yステー
ジ10およびYステージ40の制御帯域を分担し、Yス
テージ10およびYステージをそれぞれのアクチュエー
タによって独立に移動することによって、低周波数帯域
から高周波帯域までの振動をYステージ10単独でカバ
ーするものと比較して、測定の高速化を図ったものであ
る。
The shape measuring apparatus of the present embodiment shares the control band of the Y stage 10 and the Y stage 40, and moves the Y stage 10 and the Y stage independently by their respective actuators, so that the low frequency band to the high frequency band can be increased. This is to speed up the measurement as compared with the case where the vibration up to the band is covered by the Y stage 10 alone.

【0058】本来、Yステージ40は、Y座標測定用の
レーザ干渉計24等とともに、X座標測定用のレーザ干
渉計23等も配設し、Y軸だけでなくX軸方向にも移動
するように構成するのが理想的である。しかし、Yステ
ージ40の移動方向がY軸方向のみでも、Yステージ4
0を高速に移動することができれば、変位計1の測定範
囲内に保ちつつ変位計1の測定点Pが被測定物2に倣っ
て移動するようYステージ40を移動することができ
る。このため、Yステージ10の移動ストロークを小さ
くしている。移動ストロークは、Yステージ40の移動
負荷等の条件により異なるが、±2mm以内、好ましく
は±1mm以内がよい。
Originally, the Y stage 40 is provided with the laser interferometer 24 for measuring the Y coordinate and the laser interferometer 23 for measuring the X coordinate so as to move not only in the Y axis but also in the X axis direction. Ideally, However, even if the moving direction of the Y stage 40 is only the Y-axis direction,
If 0 can be moved at a high speed, the Y stage 40 can be moved so that the measurement point P of the displacement meter 1 moves along with the DUT 2 while keeping it within the measurement range of the displacement meter 1. Therefore, the movement stroke of the Y stage 10 is reduced. The moving stroke varies depending on the conditions such as the moving load of the Y stage 40, but is within ± 2 mm, preferably within ± 1 mm.

【0059】また、Yステージ40にX座標測定用のレ
ーザ干渉計23等を配設しようとすると、Yステージ4
0のサイズが大きくなるとともに、変位計1およびレー
ザ干渉計23、24等を含むYステージ40の重量が大
きくなり、Yステージの移動負荷が増大する。また、X
軸方向にも移動させようとすると、新たにXステージを
設ける必要があり、ステージの重量が大きくなるととも
に、ステージの構成が複雑化してしまう。
When the laser interferometer 23 for measuring the X coordinate is arranged on the Y stage 40, the Y stage 4
As the size of 0 increases, the weight of the Y stage 40 including the displacement meter 1 and the laser interferometers 23 and 24 increases, and the moving load of the Y stage increases. Also, X
If it is attempted to move it in the axial direction as well, it is necessary to newly provide an X stage, which increases the weight of the stage and complicates the structure of the stage.

【0060】Y軸方向は変位計1の検出方向と平行であ
り、測定精度に最も影響するからである。第2移動台を
XYステージとするか一軸ステージとするか、各座標の
うち何れの座標測定用のレーザ干渉計等を搭載するかど
うかは、測定装置に要求される測定精度、コスト等を考
慮して決定すればよい。このように、本実施の形態で
は、移動ステージが、X軸およびY軸方向にそれぞれ独
立に移動するXYステージ10と、XYステージ10に
搭載され、Y軸方向に独立に移動するYステージ40
と、からなり、Yステージ12を変位計1の検出信号の
低周波帯域の変動に追従するように移動させ、Yステー
ジ40を変位計1の検出信号の高周波数帯域の変動に追
従するように移動させるように構成している。
This is because the Y-axis direction is parallel to the detection direction of the displacement meter 1 and has the greatest effect on measurement accuracy. Whether the second moving table is an XY stage or a uniaxial stage, and which of the respective coordinates is to be equipped with a laser interferometer for coordinate measurement or the like is determined in consideration of the measurement accuracy and cost required for the measuring device. And decide. As described above, in the present embodiment, the moving stage includes the XY stage 10 that moves independently in the X-axis and Y-axis directions, and the Y stage 40 that is mounted on the XY stage 10 and moves independently in the Y-axis direction.
And the Y stage 12 is moved so as to follow the fluctuation of the detection signal of the displacement meter 1 in the low frequency band, and the Y stage 40 follows the fluctuation of the detection signal of the displacement meter 1 in the high frequency band. It is configured to move.

【0061】このため、Yステージ12を低周波数帯域
の変動、すなわち測定点が被測定物の形状に概ね追従す
るように移動させるとともに、Yステージ40を高周波
数帯域の変動、すなわちXYステージ10の振動や被測
定物2の表面粗さに追従するよう移動させ、制御帯域を
分担させて測定点を移動することができる。したがっ
て、測定を高速化することができる。
Therefore, the Y stage 12 is moved so that the fluctuation of the low frequency band, that is, the measurement point substantially follows the shape of the object to be measured, and the Y stage 40 is changed of the high frequency band, that is, the XY stage 10. It is possible to move the measurement point by moving so as to follow the vibration and the surface roughness of the DUT 2 and sharing the control band. Therefore, the measurement can be speeded up.

【0062】また、小型、かつ軽量の半導体レーザ4
1、42によりレーザ供給系を構成しているので、装置
全体を著しく小型化することができる。また、例えばレ
ーザ供給系をXYステージ10上、Yステージ40に配
設することができ、レーザ供給系のレイアウトの自由度
を向上することができる。なお、本実施の形態では、レ
ーザ供給系として、半導体レーザを用いたが、図1に示
された形状測定装置のように、レーザ光源21から発せ
られたレーザ光を光ファイバケーブル33、34を通し
て各レーザ干渉計23、24に供給してもよいことはい
うまでもない。
Further, the semiconductor laser 4 is small and lightweight.
Since the laser supply system is composed of 1, 42, the size of the entire apparatus can be significantly reduced. Further, for example, the laser supply system can be arranged on the XY stage 10 and the Y stage 40, and the degree of freedom in the layout of the laser supply system can be improved. Although a semiconductor laser is used as the laser supply system in the present embodiment, the laser light emitted from the laser light source 21 is passed through the optical fiber cables 33 and 34 as in the shape measuring apparatus shown in FIG. It goes without saying that the laser interferometers 23 and 24 may be supplied.

【0063】また、上記第1〜第3の実施の形態では、
説明を容易にするため、互いに直交するX軸およびY軸
からなるXY平面上を測定点Pが移動する2次元の形状
測定装置に説明したが、測定点Pを互いに直交するX
軸、Y軸およびZ軸方向にそれぞれ移動する3次元の形
状測定装置にも適用されることは勿論である。また、上
記第1〜第3の実施の形態では、X座標、Y座標ともレ
ーザ干渉測長器を用いて測定しているが、変位計の検出
方向と平行な軸方向の座標に対してのみレーザ干渉測長
器を用いてもよい。変位計の検出方向と平行な軸方向の
測定精度は、被測定物の測定精度に最も影響するファク
タであり、この軸方向の測定精度が高ければ、他の軸方
向の測定精度を多少落としても、高い被測定物の測定精
度が得られるからである。すなわち、レーザ干渉測長器
をX座標、Y座標の双方に対して用いるか、Y座標(変
位計と平行な軸方向の座標)に対して用いるかは、形状
測定装置の要求精度に応じて決定すればよい。
Further, in the above-mentioned first to third embodiments,
For ease of explanation, the two-dimensional shape measuring apparatus in which the measurement point P moves on the XY plane composed of the X axis and the Y axis orthogonal to each other has been described.
Of course, the present invention can be applied to a three-dimensional shape measuring device that moves in the directions of the axis, the Y axis, and the Z axis. In addition, in the first to third embodiments described above, both the X coordinate and the Y coordinate are measured using the laser interferometer, but only for the coordinate in the axial direction parallel to the detection direction of the displacement meter. A laser interferometer may be used. The measurement accuracy in the axial direction parallel to the detection direction of the displacement gauge is the factor that most affects the measurement accuracy of the object to be measured.If this measurement accuracy in the axial direction is high, the measurement accuracy in the other axial directions will be slightly reduced. This is also because high measurement accuracy of the measured object can be obtained. That is, whether the laser interferometer is used for both the X coordinate and the Y coordinate or for the Y coordinate (coordinate in the axial direction parallel to the displacement meter) depends on the required accuracy of the shape measuring device. Just decide.

【0064】ところで、レーザ干渉測長器を用いてXY
ステージ若しくはXYZステージのそれぞれの軸方向の
移動量を測定する場合、各軸方向はそれぞれの基準平面
ミラーの反射面の法線方向となる。実際には、各基準平
面ミラーが互いに直角をなすように配設するのは困難な
場合があり、厳密には非直交座標系において形状測定が
行われることになる。そこで、予め各基準ミラーの直角
度を測定しておき、レーザ干渉測長器により測定された
各軸方向の測定値を理想的な直交座標に変換する手段
を、例えばパーソナルコンピュータに設ければ、より高
精度な形状測定を行うことができる。
By the way, using the laser interferometer, XY
When measuring the amount of movement of the stage or the XYZ stage in each axial direction, each axial direction is the normal direction of the reflecting surface of each reference plane mirror. In practice, it may be difficult to arrange the reference plane mirrors at right angles to each other, and strictly speaking, the shape measurement is performed in a non-orthogonal coordinate system. Therefore, if the squareness of each reference mirror is measured in advance and a means for converting the measured value in each axial direction measured by the laser interferometer to ideal Cartesian coordinates is provided in, for example, a personal computer, More accurate shape measurement can be performed.

【0065】図5は複数の基準平面ミラーにより形成さ
れる実際の座標系X´Y´Z´と理想的な直交座標系X
YZとの関係を示す図である。実際の座標系X´Y´Z
´における任意の点uの座標を(x´,y´,z´)で
表し、理想的な直交座標系XYZにおける点uの座標を
(x,y,z)で表すとすると、両者の間には次式の関
係が成立する。
FIG. 5 shows an actual coordinate system X'Y'Z 'formed by a plurality of reference plane mirrors and an ideal orthogonal coordinate system X.
It is a figure which shows the relationship with YZ. Actual coordinate system X'Y'Z
If the coordinates of an arbitrary point u in ′ are represented by (x ′, y ′, z ′), and the coordinates of the point u in the ideal Cartesian coordinate system XYZ are represented by (x, y, z), The following relation holds for.

【0066】[0066]

【数1】 [Equation 1]

【0067】ただし、ix,jx,kxは、X方向の単
位ベクトル iy,jy,kyは、Y方向の単位ベクトル iz,jz,kzは、Z方向の単位ベクトル 式(1)の行列の各係数は、予め各基準平面ミラーの直
角度を測定して求められる。これらの係数に基づいて式
(1)に示された行列の逆行列を算出することにより、
次式に示すように、点uの座標を(x´,y´,z´)
を点uの座標を(x,y,z)に変換することができ
る。
Where ix, jx, kx are unit vectors in the X direction, iy, jy, ky are unit vectors in the Y direction, and iz, jz, kz are unit vectors in the Z direction. Is determined in advance by measuring the squareness of each reference plane mirror. By calculating the inverse matrix of the matrix shown in Expression (1) based on these coefficients,
As shown in the following equation, the coordinates of the point u are (x ', y', z ')
Can be converted into the coordinates of the point u into (x, y, z).

【0068】[0068]

【数2】 [Equation 2]

【0069】具体的には、例えば図8に示すように、実
際の座標系X´Y´Z´のX´Y´軸と平面と理想的な
座標系XYZのXY平面とが同一の平面を共有し、Y´
軸とY軸とが一致するように設定すると、Z´軸のY軸
方向成分とZ軸とのなす角度α、Z´軸のX軸方向成分
とZ軸とのなす角度β、並びに、X´軸とX軸とのなす
角度γがそれぞれ実測可能となる。このとき、式(1)
に示された行列および逆行列はそれぞれ次のようにな
る。
Specifically, as shown in FIG. 8, for example, the X'Y 'axis of the actual coordinate system X'Y'Z' and the plane are the same plane as the XY plane of the ideal coordinate system XYZ. Share and Y '
When the axes are set so as to coincide with each other, the angle α formed by the Y-axis direction component of the Z′-axis and the Z-axis, the angle β formed by the X-axis direction component of the Z′-axis and the Z-axis, and X The angle γ formed by the ‘axis and the X axis can be measured. At this time, equation (1)
The matrix and the inverse matrix shown in are respectively as follows.

【0070】[0070]

【数3】 (Equation 3)

【0071】[0071]

【数4】 (Equation 4)

【0072】この逆行列を用いてレーザ干渉測長器によ
り実測された座標値が理想的な直交座標系の座標値に変
換されることになる。
Using this inverse matrix, the coordinate values actually measured by the laser interferometer are converted into the coordinate values in the ideal rectangular coordinate system.

【0073】[0073]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、少なくと
も変位計の検出方向と平行な軸方向に対応するレーザ干
渉測長器の基準ミラーとレーザ干渉計との間に形成され
る各測長光路の中心軸が、被測定物の測定点を通り、移
動台の軸方向と平行な直線上に一致するよう、前記基準
ミラーおよび前記レーザ干渉計を配設する。このため、
レーザ干渉測長器によりアッベ誤差を排除しつつ変位計
の移動台の少なくとも変位計の検出方向に対応する軸方
向の移動量を測定することができるので、被測定物の形
状を高精度に測定することができる。また、XYステー
ジあるいはXYZステージやガイド等の部材を極めて高
精度にする必要がないので、測定装置のコストを低減す
ることができる。
According to the invention described in claim 1, each measurement formed between the laser interferometer and the reference mirror of the laser interferometer, which corresponds to at least the axial direction parallel to the detection direction of the displacement meter. The reference mirror and the laser interferometer are arranged so that the central axis of the long optical path passes through the measurement point of the object to be measured and is aligned with a straight line parallel to the axial direction of the movable table. For this reason,
The laser interferometer can measure the displacement of the displacement table moving table in the axial direction corresponding to at least the detection direction of the displacement meter while eliminating the Abbe error, so the shape of the measured object can be measured with high accuracy. can do. Further, since it is not necessary to make the members such as the XY stage or the XYZ stage and the guide highly accurate, the cost of the measuring device can be reduced.

【0074】請求項2記載の発明によれば、前記レーザ
干渉測定器が、前記移動台の各軸方向のそれぞれの移動
量を測定するよう複数設けられ、該複数のレーザ干渉測
長器の測長光路の中心軸が、それぞれ前記被測定物の測
定点を通り、前記移動台の軸方向と平行な直線上に一致
するよう、それぞれの基準ミラーおよびレーザ干渉計を
配設する。このため、移動台のすべての軸方向に対応す
るレーザ干渉測長器によりアッベ誤差を排除しつつ変位
計の移動台の少なくとも変位計の検出方向に対応する軸
方向の移動量を測定することができるので、高精度な形
状測定を確実に行うことができる。
According to the second aspect of the present invention, a plurality of the laser interference measuring devices are provided so as to measure the amount of movement of each of the movable bases in the respective axial directions. The reference mirrors and the laser interferometers are arranged so that the central axes of the long optical paths pass through the measurement points of the object to be measured and are aligned on a straight line parallel to the axial direction of the movable table. Therefore, it is possible to measure the amount of movement of the displacement table in the axial direction corresponding to at least the detection direction of the displacement meter while eliminating the Abbe error by the laser interferometer measuring device corresponding to all the axial directions of the displacement table. Therefore, it is possible to reliably perform highly accurate shape measurement.

【0075】請求項3記載の発明によれば、レーザ光源
から射出されたレーザ光を光ファイバによってそれぞれ
移動台の各軸方向に対応するレーザ干渉計に導光するの
で、レーザ光源発生装置等を移動台若しくはその周辺か
ら離隔して自由な位置に設置することができる。また、
光ファイバの射出部は移動台上にも設置することができ
る。したがって、レーザ供給系のレイアウトの自由度を
向上することができるとともに、装置をコンパクト化す
ることができる。
According to the third aspect of the present invention, since the laser light emitted from the laser light source is guided by the optical fiber to the laser interferometers corresponding to the respective axial directions of the moving table, the laser light source generator and the like can be provided. It can be installed at a free position apart from the moving table or its surroundings. Also,
The emitting part of the optical fiber can be installed on the movable table. Therefore, the degree of freedom in the layout of the laser supply system can be improved, and the device can be made compact.

【0076】請求項4記載の発明によれば、前記レーザ
供給系が、半導体レーザからなるので、ヘリウム−ネオ
ンレーザに代表されるガスレーザを用いる場合に比べ、
装置全体を著しく小型化することができる。また、半導
体レーザは移動台上にも設置することができるので、レ
ーザ供給系のレイアウトの自由度を向上することができ
る。
According to the invention described in claim 4, since the laser supply system comprises a semiconductor laser, as compared with the case of using a gas laser represented by a helium-neon laser,
The entire device can be significantly downsized. In addition, since the semiconductor laser can be installed on the movable table, the degree of freedom in the layout of the laser supply system can be improved.

【0077】請求項5記載の発明によれば、前記被測定
物および前記基準ミラーが前記移動台に固定され、前記
変位計、前記レーザ干渉計および前記レーザ供給系が前
記移動台の外部に固定される。このため、例えばレシー
バの出力や得る等の配線を移動台の外部に配設すること
ができるので、移動台の移動際に配線が邪魔になること
もなく、装置構成が簡素化される。
According to the invention of claim 5, the object to be measured and the reference mirror are fixed to the movable table, and the displacement gauge, the laser interferometer and the laser supply system are fixed to the outside of the movable table. To be done. For this reason, for example, the output of the receiver and the wiring for obtaining can be arranged outside the moving table, so that the wiring does not obstruct the movement of the moving table and the device configuration is simplified.

【0078】請求項6記載の発明によれば、前記変位
計、前記レーザ干渉計、並びに、前記光ファイバの射出
部若しくは半導体レーザを前記移動台上に固定し、前記
被測定物および前記基準ミラーが前記移動台の外部に固
定する。このため、変位計、レーザ干渉計、並びに、光
ファイバの射出部若しくは半導体レーザはその重量が軽
量かつ一定であるので、移動台の移動負荷を軽減し、好
適な追従性を実現するアクチュエータの設計が容易とな
る。特に被測定物の重量が変位計およびレーザ干渉計の
重量よりも大きいときには有効である。
According to a sixth aspect of the present invention, the displacement gauge, the laser interferometer, and the emitting section of the optical fiber or the semiconductor laser are fixed on the movable table, and the object to be measured and the reference mirror are fixed. Is fixed to the outside of the moving table. Therefore, the displacement meter, the laser interferometer, and the emission part of the optical fiber or the semiconductor laser have a light weight and a constant weight, so that the moving load of the movable table is reduced and the actuator is designed to realize a suitable followability. Will be easier. This is particularly effective when the weight of the object to be measured is larger than the weights of the displacement meter and the laser interferometer.

【0079】請求項7記載の発明によれば、前記移動台
が、前記各軸方向にそれぞれ独立に移動する第1移動台
と、該第1移動台に搭載され、前記変位計と被測定物と
のうち何れか一方を固定して、前記各軸方向のうち少な
くとも前記変位計の検出方向と平行な軸方向に独立に移
動する第2移動台と、からなり、前記移動手段が、第2
移動台が移動可能な軸方向に対し、第1移動台を前記変
位計の検出信号の低周波帯域の変動に追従するように移
動させ、第2移動台を前記変位計の検出信号の高周波数
帯域の変動に追従するように移動させるように構成す
る。このため、移動手段により第1移動台を低周波数帯
域の変動、すなわち測定点が被測定物の形状に概ね追従
するように移動させるとともに、第2移動台を高周波数
帯域の変動、すなわち第1移動台の振動や被測定物の表
面粗さに追従するよう移動させ、制御帯域を分担させて
測定点を移動することができる。したがって、測定を高
速化することができる。
According to the invention as set forth in claim 7, the movable table is provided with a first movable table which moves independently in each of the axial directions, and is mounted on the first movable table, the displacement gauge and the object to be measured. And a second moving table which fixes either one of them and independently moves in at least an axial direction parallel to the detection direction of the displacement meter in each of the axial directions.
With respect to the axial direction in which the movable table can move, the first movable table is moved so as to follow the fluctuation in the low frequency band of the detection signal of the displacement gauge, and the second movable table is moved to the high frequency of the detection signal of the displacement gauge. It is configured to move so as to follow the fluctuation of the band. For this reason, the moving means moves the first moving table in a low frequency band, that is, the measurement point moves so as to substantially follow the shape of the object to be measured, and the second moving table moves in a high frequency band, that is, the first moving table. It is possible to move the measuring point by moving the moving table so as to follow the vibration of the moving table and the surface roughness of the object to be measured and sharing the control band. Therefore, the measurement can be speeded up.

【0080】請求項8記載の発明によれば、レーザ光源
から射出されたレーザ光を光ファイバによってそれぞれ
移動台の各軸方向に対応するレーザ干渉計に導光するの
で、レーザ光源発生装置等を移動台若しくはその周辺か
ら離隔して自由な位置に設置することができる。また、
光ファイバの射出部は移動台上にも設置することができ
る。したがって、レーザ供給系のレイアウトの自由度を
向上することができるとともに、装置をコンパクト化す
ることができる。
According to the eighth aspect of the invention, since the laser light emitted from the laser light source is guided by the optical fiber to the laser interferometers corresponding to the respective axial directions of the movable table, the laser light source generator and the like can be provided. It can be installed at a free position apart from the moving table or its surroundings. Also,
The emitting part of the optical fiber can be installed on the movable table. Therefore, the degree of freedom in the layout of the laser supply system can be improved, and the device can be made compact.

【0081】請求項9記載の発明によれば、前記レーザ
供給系が、複数の半導体レーザからなるので、He−N
eレーザに代表されるガスレーザを用いる場合に比べ、
装置全体を著しく小型化することができる。また、半導
体レーザは移動台上にも設置するすることもできるの
で、レーザ供給系のレイアウトの自由度を向上すること
ができる。
According to the ninth aspect of the present invention, the laser supply system is composed of a plurality of semiconductor lasers.
Compared to the case of using a gas laser typified by e-laser,
The entire device can be significantly downsized. Further, since the semiconductor laser can be installed on the moving table, the degree of freedom in the layout of the laser supply system can be improved.

【0082】請求項10記載の発明によれば、前記被測
定物および前記基準ミラーを前記第2移動台に固定し、
前記変位計、前記レーザ干渉計および前記レーザ供給系
を前記移動台の外部に固定する。このため、例えばレシ
ーバの出力や得る等の配線を移動台の外部に配設するこ
とができるので、移動台の移動の際に配線が邪魔になる
こともなく、装置構成が簡素化される。
According to the invention of claim 10, the object to be measured and the reference mirror are fixed to the second movable table,
The displacement meter, the laser interferometer, and the laser supply system are fixed to the outside of the movable table. Therefore, for example, the output of the receiver and the wiring for obtaining can be arranged outside the moving table, so that the wiring does not become an obstacle when the moving table is moved, and the device configuration is simplified.

【0083】請求項11記載の発明によれば、前記変位
計、前記レーザ干渉計、並びに、前記光ファイバの射出
部若しくは半導体レーザを前記第2移動台上に固定し、
前記被測定物および前記基準ミラーを前記移動台の外部
に固定する。このため、変位計、レーザ干渉計、並び
に、光ファイバの射出部若しくは半導体レーザはその重
量が軽量かつ一定であるので、第1および第2移動台の
移動負荷を軽減し、移動台の好適な追従性を実現するア
クチュエータの設計が容易となる。特に被測定物の重量
が変位計およびレーザ干渉計の重量よりも大きいときに
は有効である。
According to the eleventh aspect of the present invention, the displacement meter, the laser interferometer, and the emitting section of the optical fiber or the semiconductor laser are fixed on the second moving table,
The object to be measured and the reference mirror are fixed to the outside of the movable table. For this reason, the displacement meter, the laser interferometer, and the emitting part of the optical fiber or the semiconductor laser have a light weight and a constant weight, so that the moving load of the first and second moving bases is reduced and the moving base is suitable. This makes it easy to design an actuator that achieves tracking. This is particularly effective when the weight of the object to be measured is larger than the weights of the displacement meter and the laser interferometer.

【0084】請求項12記載の発明によれば、前記変位
計、並びに、前記第2移動台の移動可能な軸方向に対応
する前記レーザ干渉計および前記光ファイバの出射部若
しくは半導体レーザを前記第2移動台に固定し、前記第
2移動台の移動可能な軸方向以外の軸方向に対応する前
記レーザ干渉計および前記光ファイバの出射部若しくは
半導体レーザを前記第1移動台に固定し、前記被測定物
および前記基準ミラーを前記移動台の外部に固定する。
第2移動台には、各軸方向に対応する全てのレーザ干渉
計を固定するのが理想であるが、第2移動台の移動負荷
が大きくなり、第2移動台の好適な追従性が得られない
場合がある。このため、第2移動台に固定されるレーザ
干渉計を少なくし、第2移動台の移動負荷を小さくする
ことで、第2移動台の移動をより高速化することができ
る。このとき、残りのレーザ光源およびレーザ干渉計が
第1移動台上にあっても、アッベ誤差を発生することな
く十分な追従性を得ることができる。
According to the twelfth aspect of the present invention, the displacement gauge, the laser interferometer corresponding to the movable axial direction of the second movable table, and the emitting section of the optical fiber or the semiconductor laser are arranged in the first and second sections. The laser interferometer and the emitting portion of the optical fiber or the semiconductor laser corresponding to an axial direction other than the movable axial direction of the second movable table are fixed to the second movable table, and are fixed to the first movable table. The object to be measured and the reference mirror are fixed to the outside of the movable table.
Ideally, all the laser interferometers corresponding to each axial direction should be fixed to the second moving table, but the moving load of the second moving table becomes large, and suitable followability of the second moving table is obtained. It may not be possible. Therefore, by reducing the number of laser interferometers fixed to the second moving table and reducing the moving load of the second moving table, the movement of the second moving table can be accelerated. At this time, even if the remaining laser light source and the laser interferometer are on the first movable table, sufficient followability can be obtained without causing an Abbe error.

【0085】請求項13記載の発明によれば、予め前記
各軸方向に対応する平面ミラー間相互の直角度を求めて
おき、変換手段によってレーザ干渉測定器により測長さ
れたそれぞれの軸方向の測定値が理想的な直交座標の座
標値に変換する。したがって、高精度な形状測定を確実
に行うことができる。
According to the thirteenth aspect of the present invention, the perpendicularity between the plane mirrors corresponding to the respective axial directions is obtained in advance, and the perpendicularity of each axial direction measured by the laser interferometer by the conversion means is measured. Convert the measured values into ideal rectangular coordinate values. Therefore, highly accurate shape measurement can be reliably performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る第1の実施の形態の形状測定装置
を示すであり、図1(a)はその要部平面図、図1
(b)はその要部正面図である。
1 shows a shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 (a) is a plan view of relevant parts, FIG.
(B) is a front view of the main part.

【図2】図1に示されたレーザ干渉器23の要部を示す
拡大図であり、図2(a)はその測長光路を示す図、図
2(b)はその参照光路を示す図である。
FIG. 2 is an enlarged view showing a main part of the laser interferometer 23 shown in FIG. 1, FIG. 2 (a) showing a length measuring optical path thereof, and FIG. 2 (b) showing a reference optical path thereof. Is.

【図3】本発明に係る第2の実施の形態の形状測定装置
を示すであり、図3(a)はその要部平面図、図3
(b)はその要部正面図である。
FIG. 3 shows a shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention, FIG. 3 (a) is a plan view of relevant parts,
(B) is a front view of the main part.

【図4】本発明に係る第3の実施の形態の形状測定装置
を示すであり、図4(a)はその要部平面図、図4
(b)はその要部正面図である。
FIG. 4 is a diagram showing a shape measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention, FIG.
(B) is a front view of the main part.

【図5】本発明に係る形状測定装置により実測される非
直交座標系X´Y´Z´と理想的な直交座標XYZ系と
の関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a non-orthogonal coordinate system X′Y′Z ′ actually measured by the shape measuring apparatus according to the present invention and an ideal rectangular coordinate XYZ system.

【図6】本発明に係る形状測定装置により実測される非
直交座標系X´Y´Z´と理想的な直交座標XYZ系と
の誤差を測定する一方法を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a method for measuring an error between a non-orthogonal coordinate system X′Y′Z ′ actually measured by the shape measuring apparatus according to the present invention and an ideal orthogonal coordinate XYZ system.

【図7】従来の形状測定装置の一例を示すであり、図5
(a)はその要部平面図、図5(b)はその要部正面図
である。
7 is a diagram showing an example of a conventional shape measuring apparatus, and FIG.
FIG. 5A is a plan view of relevant parts, and FIG. 5B is a front view of relevant parts.

【図8】図5に示された形状測定装置の測定動作を示す
図である。
8 is a diagram showing a measuring operation of the shape measuring apparatus shown in FIG.

【図9】従来の形状測定装置の一例を示す図であり、図
7(a)はその要部平面図、図7(b)はその要部正面
図である。
9A and 9B are views showing an example of a conventional shape measuring apparatus, FIG. 7A is a plan view of a main part thereof, and FIG. 7B is a front view of the main part.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 変位計 2 被測定物 3、4、5、6 セット台 10 XYステージ(移動台、第1移動台) 11 Xステージ 12 Yステージ 13、14 アクチュエータ(移動手段) 15、16 コントローラドライバ 17、18 リニアエンコーダ 19 パーソナルコンピュータ(変換手段) 20、31、32 基準平面ミラー(基準ミラー) 20a、31a、32a 反射面 21 レーザ光源(レーザ供給系) 22 プリズム(レーザ供給系) 23、24 レーザ干渉計 23a、24a ビームスプリッタ 23b、24b コーナーキューブプリズム 23c、24c 平面ミラー 25、26 レシーバ 33、34 光ファイバケーブル(レーザ供給系) 33a、34a 光ファイバケーブルの射出部 40 Yステージ(第2移動台) 41、42 半導体レーザ(レーザ供給系) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Displacement meter 2 Object to be measured 3, 4, 5, 6 Set stage 10 XY stage (moving stage, first moving stage) 11 X stage 12 Y stage 13, 14 Actuator (moving means) 15, 16 Controller driver 17, 18 Linear encoder 19 Personal computer (converting means) 20, 31, 32 Reference plane mirror (reference mirror) 20a, 31a, 32a Reflecting surface 21 Laser light source (laser supply system) 22 Prism (laser supply system) 23, 24 Laser interferometer 23a , 24a Beam splitter 23b, 24b Corner cube prism 23c, 24c Planar mirror 25, 26 Receiver 33, 34 Optical fiber cable (laser supply system) 33a, 34a Optical fiber cable injection part 40 Y stage (2nd moving stand) 41, 42 Semiconductor laser The supply system)

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被測定物の表面の測定点を検出する変位計
と、 変位計と被測定物とのうち何れか一方を固定して、該変
位計の検出方向に平行な軸を含む互いに略直交したX
軸、Y軸、Z軸のうち少なくとも2つの軸方向にそれぞ
れ独立に移動する移動台と、 変位計が測定点の検出信号を略一定に保ちつつ被測定物
の表面に沿って測定点を移動するよう前記移動台を各軸
方向にそれぞれ独立に移動する移動手段と、 前記移動台の各軸方向のうち少なくとも前記変位計の検
出方向に平行な軸方向に対応するよう設けられ、測長基
準となる反射面を含む基準ミラーと、該基準ミラーの反
射面との間にそれぞれ測長光路を形成するレーザ干渉計
と、該レーザ干渉計にレーザ光を供給するレーザ供給系
と、を有する少なくとも1つのレーザ干渉測長器と、を
備え、該レーザ干渉測長器の測長結果に基づいて被測定
物の表面形状を測定する形状測定装置において、 前記レーザ干渉測長器の測長光路の中心軸が、前記被測
定物の測定点を通り、前記移動台の軸方向と平行な直線
上に一致するよう、基準ミラーおよびレーザ干渉計を配
設したことを特徴とする形状測定装置。
1. A displacement meter for detecting a measurement point on the surface of an object to be measured, and either one of the displacement meter and the object to be measured is fixed, and each of them includes an axis parallel to the detection direction of the displacement meter. X almost orthogonal
A moving table that moves independently in at least two axial directions among the axes, Y-axis, and Z-axis, and a measurement point that moves the measurement point along the surface of the measured object while the displacement sensor keeps the detection signal of the measurement point substantially constant. To move the movable table independently in each axial direction so as to correspond to at least the axial direction parallel to the detection direction of the displacement gauge in each axial direction of the movable table, At least a reference mirror including a reflection surface that becomes a laser, a laser interferometer that forms a length measurement optical path between the reference mirror and a reflection surface of the reference mirror, and a laser supply system that supplies laser light to the laser interferometer. A laser interferometer, and a shape measuring device for measuring a surface shape of an object to be measured based on a length measurement result of the laser interferometer. The central axis is the object to be measured. Through the measurement point, to match the moving base in the axial direction and parallel to a straight line, the shape measuring apparatus being characterized in that disposed a reference mirror and laser interferometer.
【請求項2】前記レーザ干渉測定器が、前記移動台の各
軸方向のそれぞれの移動量を測定するよう複数設けら
れ、 該複数のレーザ干渉測長器の測長光路の中心軸が、それ
ぞれ前記被測定物の測定点を通り、前記移動台の軸方向
と平行な直線上に一致するよう、それぞれの基準ミラー
およびレーザ干渉計を配設したことを特徴とする請求項
1記載の形状測定装置。
2. A plurality of the laser interferometers are provided so as to measure the amount of movement of the movable table in each axial direction, and the central axes of the length measuring optical paths of the plurality of laser interferometers are respectively arranged. The shape measuring device according to claim 1, wherein each of the reference mirrors and the laser interferometers are arranged so as to coincide with a straight line that passes through a measurement point of the object to be measured and is parallel to an axial direction of the movable table. apparatus.
【請求項3】前記レーザ供給系が、レーザ光源から射出
されたレーザ光を前記レーザ干渉計に導光する光ファイ
バを有することを特徴とする請求項1または2記載の形
状測定装置。
3. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the laser supply system has an optical fiber that guides laser light emitted from a laser light source to the laser interferometer.
【請求項4】前記レーザ供給系が、半導体レーザからな
ることを特徴とする請求項1または2記載の形状測定装
置。
4. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the laser supply system comprises a semiconductor laser.
【請求項5】前記被測定物および前記基準ミラーが前記
移動台に固定され、 前記変位計、前記レーザ干渉計および前記レーザ供給系
が前記移動台の外部に固定されたことを特徴とする請求
項1〜4の何れかに記載の形状測定装置。
5. The object to be measured and the reference mirror are fixed to the movable table, and the displacement meter, the laser interferometer and the laser supply system are fixed to the outside of the movable table. Item 5. The shape measuring device according to any one of items 1 to 4.
【請求項6】前記変位計、前記レーザ干渉計、並びに、
前記光ファイバの射出部若しくは半導体レーザが前記移
動台に固定され、 前記被測定物および前記基準ミラーが前記移動台の外部
に固定されたことを特徴とする請求項3または4記載の
形状測定装置。
6. The displacement meter, the laser interferometer, and
5. The shape measuring apparatus according to claim 3, wherein the emitting part of the optical fiber or the semiconductor laser is fixed to the movable table, and the object to be measured and the reference mirror are fixed to the outside of the movable table. .
【請求項7】前記移動台が、 前記各軸方向にそれぞれ独立に移動する第1移動台と、 該第1移動台に搭載され、前記変位計と被測定物とのう
ち何れか一方を固定して、前記各軸方向のうち少なくと
も前記変位計の検出方向と平行な軸方向に独立に移動す
る第2移動台と、からなり、 前記移動手段が、第2移動台が移動可能な軸方向に対
し、第1移動台を前記変位計の検出信号の低周波数帯域
の変動に追従するように移動させ、第2移動台を前記変
位計の検出信号の高周波数帯域の変動に追従するように
移動させるようにしたことを特徴とする請求項1または
2記載の形状測定装置。
7. A first moving table, wherein the moving table is independently movable in each of the axial directions, and is mounted on the first moving table, and fixes either one of the displacement gauge and the object to be measured. And a second moving table that independently moves in at least one of the axial directions parallel to the detection direction of the displacement gauge, wherein the moving means is an axial direction in which the second moving table can move. On the other hand, the first moving table is moved so as to follow the fluctuation in the low frequency band of the detection signal of the displacement meter, and the second moving table is moved so as to follow the fluctuation in the high frequency band of the detection signal of the displacement meter. The shape measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the shape measuring apparatus is moved.
【請求項8】前記レーザ供給系が、レーザ光源から射出
されたレーザ光を前記レーザ干渉計に導光する光ファイ
バを有することを特徴とする請求項7記載の形状測定装
置。
8. The shape measuring apparatus according to claim 7, wherein the laser supply system has an optical fiber that guides laser light emitted from a laser light source to the laser interferometer.
【請求項9】前記レーザ供給系が、半導体レーザからな
ることを特徴とする請求項7記載の形状測定装置。
9. The shape measuring apparatus according to claim 7, wherein the laser supply system is a semiconductor laser.
【請求項10】前記被測定物および前記基準ミラーが前
記第2移動台に固定され、 前記変位計、前記レーザ干渉計および前記レーザ供給系
が前記移動台の外部に固定されたことを特徴とする請求
項7〜9の何れかに記載の形状測定装置。
10. The object to be measured and the reference mirror are fixed to the second moving table, and the displacement meter, the laser interferometer and the laser supply system are fixed to the outside of the moving table. The shape measuring device according to any one of claims 7 to 9.
【請求項11】前記変位計、前記レーザ干渉計、並び
に、前記光ファイバの射出部若しくは半導体レーザが前
記第2移動台上に固定され、 前記被測定物および前記基準ミラーが前記移動台の外部
に固定されたことを特徴とする請求項8または9記載の
形状測定装置。
11. The displacement meter, the laser interferometer, and the emitting section of the optical fiber or the semiconductor laser are fixed on the second movable table, and the object to be measured and the reference mirror are external to the movable table. The shape measuring device according to claim 8 or 9, wherein the shape measuring device is fixed to the.
【請求項12】前記変位計、並びに、前記第2移動台の
前記変位計の検出方向と平行な軸方向に対応する前記レ
ーザ干渉計および前記光ファイバの射出部若しくは半導
体レーザが、前記第2移動台に固定され、 前記変位計の検出方向と平行な軸方向に対応する軸方向
以外の軸方向に対応する前記前記レーザ干渉計および光
ファイバの射出部若しくは半導体レーザが、前記第1移
動台に固定され、 前記被測定物および前記基準ミラーが前記移動台の外部
に固定されたことを特徴とする請求項8または9記載の
形状測定装置。
12. The displacement gauge, and the laser interferometer corresponding to an axial direction parallel to the detection direction of the displacement gauge of the second moving table and the emitting part of the optical fiber or the semiconductor laser, the second gauge. The laser interferometer and the emission part of the optical fiber or the semiconductor laser, which is fixed to a moving table and corresponds to an axial direction other than the axial direction corresponding to the axial direction parallel to the detection direction of the displacement meter, is the first moving table. 10. The shape measuring apparatus according to claim 8, wherein the object to be measured and the reference mirror are fixed to the outside of the movable table.
【請求項13】レーザ干渉測定器により測長されたそれ
ぞれの軸方向の測定値を、予め求められた前記各軸方向
に対応する基準ミラー間相互の直角度の誤差に基づいて
理想的な直交座標の座標値に変換する変換手段を有する
ことを特徴とする請求項1〜12の何れかに記載の形状
測定装置。
13. Ideally orthogonal measured values in each axial direction measured by a laser interferometer based on an error in squareness between reference mirrors corresponding to each axial direction which is obtained in advance. The shape measuring device according to any one of claims 1 to 12, further comprising a converting unit that converts the coordinates into coordinate values.
JP12938896A 1996-05-24 1996-05-24 Shape measuring device Expired - Lifetime JP3532347B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12938896A JP3532347B2 (en) 1996-05-24 1996-05-24 Shape measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12938896A JP3532347B2 (en) 1996-05-24 1996-05-24 Shape measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09311024A true JPH09311024A (en) 1997-12-02
JP3532347B2 JP3532347B2 (en) 2004-05-31

Family

ID=15008352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12938896A Expired - Lifetime JP3532347B2 (en) 1996-05-24 1996-05-24 Shape measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3532347B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100402978C (en) * 2006-08-30 2008-07-16 天津大学 Tilt error compensation method based on coordinate transformation in micro-nano structure 3-D contour measuring
JP2010521696A (en) * 2008-03-13 2010-06-24 コーリア リサーチ インスティトゥート オブ スタンダーズ アンド サイエンス 3D coordinate measuring machine using reference plate
US9874435B2 (en) 2014-05-22 2018-01-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Measuring system and measuring method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100402978C (en) * 2006-08-30 2008-07-16 天津大学 Tilt error compensation method based on coordinate transformation in micro-nano structure 3-D contour measuring
JP2010521696A (en) * 2008-03-13 2010-06-24 コーリア リサーチ インスティトゥート オブ スタンダーズ アンド サイエンス 3D coordinate measuring machine using reference plate
US9874435B2 (en) 2014-05-22 2018-01-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Measuring system and measuring method

Also Published As

Publication number Publication date
JP3532347B2 (en) 2004-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2150770B1 (en) Optical distance sensor
KR100519942B1 (en) Movable Interferometer Wafer Stage
JP2694986B2 (en) Calibration system for coordinate measuring machine
JP5430472B2 (en) Surface shape measuring device
JPS6085302A (en) Length measuring device based on principle of two beam laserinterferometer
KR101959341B1 (en) Position-measuring device and system having a plurality of position-measuring devices
CN110081823A (en) A kind of lathe five degree of freedom geometric moving error measuring system
CN107367224B (en) The inductance sensor calibrating installation of three optical axis laser interferometer measurements
CN114623784A (en) Method and system for measuring straightness of long guide rail
US4538911A (en) Three-dimensional interferometric length-measuring apparatus
JP2000266524A (en) Machine and method for measuring three-dimensional shape
US4836031A (en) Method and apparatus for measuring deformations of test samples in testing machines
CN209706746U (en) A kind of lathe five degree of freedom geometric moving error measuring system
JP2001317933A (en) Shape-measuring apparatus
JP2023171867A (en) Multiaxis laser interference length measurer
JP3532347B2 (en) Shape measuring device
JPH05209741A (en) Method and apparatus for measuring surface shape
CN107367220A (en) The inductance sensor calibration method and device that double air-float guide rails are oriented to
JPH095059A (en) Flatness measuring device
NL2032613B1 (en) Position detection system using laser light interferometry.
CN107367221A (en) Supersonic motor drives host-guest architecture inductance sensor calibration method and device
JPH0452402B2 (en)
JP3046635B2 (en) Ultra-high-precision CMM
Liu et al. Theory and application of laser interferometer systems
CN117309320A (en) Quick-adjusting reflector testing device

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040302

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040303

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090312

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100312

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110312

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120312

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130312

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140312

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term